WO2023083730A1 - Kontaktelement und kontaktelementanordnung für elektrische leiter sowie träger für mehrere kontaktelementanordnungen - Google Patents

Kontaktelement und kontaktelementanordnung für elektrische leiter sowie träger für mehrere kontaktelementanordnungen Download PDF

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WO2023083730A1
WO2023083730A1 PCT/EP2022/080917 EP2022080917W WO2023083730A1 WO 2023083730 A1 WO2023083730 A1 WO 2023083730A1 EP 2022080917 W EP2022080917 W EP 2022080917W WO 2023083730 A1 WO2023083730 A1 WO 2023083730A1
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WO
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contact element
component
clamping spring
contact
counter bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/080917
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Fohs
Original Assignee
F-Tronic Gmbh
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Publication date
Application filed by F-Tronic Gmbh filed Critical F-Tronic Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/48—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member
    • H01R4/489—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member spring force increased by screw, cam, wedge, or other fastening means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/48—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member
    • H01R4/4809—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member using a leaf spring to bias the conductor toward the busbar
    • H01R4/48185—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member using a leaf spring to bias the conductor toward the busbar adapted for axial insertion of a wire end

Definitions

  • the present invention relates to a contact element for electrical conductors according to claim 1, a contact element arrangement according to claim 8 and a carrier for several contact element arrangements according to claim 11.
  • a contact element is already known in which an electrical contact is realized in a manner known per se by means of a clamping spring and a counter bearing, in that the contact spring presses resiliently against the counter bearing.
  • the contact spring presses resiliently against the counter bearing.
  • a clamping spring is known, for example, from DE 199 45 817 A1. There, by pushing in the wire of the cable to be contacted, the clamping spring is opened so far that the wire can be pushed along the adjacent clamping spring into the contact element. After being pushed in, the clamping spring rests against the wire. Due to the bending direction of the clamping spring, the inserted core of the cable is not only electrically contacted, but also mechanically held.
  • contact elements are not fireproof. In the event of a fire, the plastics melt.
  • the electrical contacts in the contact elements are metallic. These electrical contacts change their material properties in the event of a fire. This applies in particular to the flexural strength and flexural elasticity. This can result in cable connections no longer being electrically contacted in an undesirable manner, or possibly even short circuits or at least fault currents being able to occur.
  • Fire resistance classes are defined according to DIN 4102 (EN 13051). For example, there are classes E30, E60, E90 for electrical components and parts. The letter identifies the electrical systems, the number is a measure (in minutes) of how long the component or system will remain functional in the event of a fire.
  • a contact element for electrical conductors has a clamping spring and a counter bearing.
  • the clamping spring presses either directly or indirectly via a conductor in a spring-elastic manner against the counter-bearing or is arranged and designed in such a way that it can press a conductor in a spring-elastic manner against the counter-bearing.
  • the wire (conductor) of an electrical cable to be contacted is thus clamped between the clamping spring and the counter bearing when this wire is inserted between the clamping spring and the counter bearing.
  • This also includes embodiments in which an opening is provided in the clamping spring, through which the wire of the cable can be inserted, so that the edge of the opening the core presses or pulls against the counter bearing.
  • the clamping spring and/or an electrical contact element which is mounted on the counter bearing, can be connected for contacting the core of the cable.
  • the clamping spring can be moved against its spring force into a position in which an insertion opening between the counter bearing and the clamping spring is open. This allows the wire of the cable to be contacted to be inserted.
  • the contact element can be designed in such a way that this insertion opening is created by the core of the cable being pushed in.
  • the contact element also has a pressing element which, as a result of expansion of the intumescent material at a temperature above about 250° C., ie above the temperature at which the intumescent material foams, is pressed against the clamping spring and/or against the counter bearing becomes.
  • the pressing element can also press against this core. This presses the wire against the counter bearing. In relation to the contact element as such, the pressing element also presses in the direction of the clamping spring or the counter bearing when a wire of a cable is inserted.
  • Intumescent material can be expandable graphite, for example.
  • This intumescent material has the property of being in the solid state at normal temperatures. When the temperature exceeds a certain limit, for example around 250°C, the intumescent material expands significantly. In the process, the intumescent material becomes viscous, so that this material can then also expand in such a way that a space delimited by walls is filled by the intumescent material.
  • this intumescent material is used in connection with installation boxes for cavity walls. The problem there is that, in the event of a fire, flames can escape from the openings in the planking of the cavity walls if the installation boxes melt in the event of a fire.
  • the intumescent material has the effect there that it closes these openings as a result of the expansion.
  • the pressure with which the intumescent material expands is so large that components such as socket inserts or inserts for switches are pushed out of the installation openings when the intumescent material expands.
  • the present invention maintains the electrical contact between the contact spring and the counter bearing and a wire of a cable located between them, in that the pressure element presses on the clamping spring or the counter bearing due to the expansion of the intumescent material in such a way that the electrical contact is also broken in the event of a fire is guaranteed.
  • the pressing element presses on the counter bearing an inserted wire of a cable is thus pressed onto the counter bearing.
  • Metal alloys change their mechanical properties with increasing temperature. This also applies in particular to the spring elasticity that a correspondingly shaped metallic component has.
  • the pressing element advantageously ensures that the electrical contact is maintained even if the spring force of the clamping spring decreases as a result of heating in the event of a fire.
  • the operating temperature of the intumescent material can be set within certain limits.
  • the value for the use temperature of the intumescent material is typically around 200 °C.
  • the pressing element has a piston-like component and a housing.
  • the piston-like component is movably mounted in the otherwise closed housing in such a way that the piston-like component can be moved out of the closed housing in a linear movement.
  • the intumescent material is arranged inside the housing.
  • the piston-like component is pushed out of the housing by expansion of the intumescent material.
  • the closed housing is fastened and mounted in such a way that the fastening and mounting of the closed housing forms an abutment for supporting the closed one housing as the intumescent material expands.
  • the piston-like component can also be fastened and mounted in such a way that the fastening and mounting of the piston-like component forms an abutment for supporting the piston-like component when the intumescent material expands.
  • the housing that is movable relative to the piston-like component then presses as a pressing element on the clamping spring or on the counter bearing, so that the electrical contact is ensured even in the event of a fire.
  • the combination of these features allows the pressing element to be guided and moved safely and with a defined force in such a way that the pressing element presses together the electrical contact with the wire of the cable and thus securely holds it in the event of a fire. Any decreasing spring force of the clamping spring as a result of the heating caused by the fire is thus guaranteed with regard to the safety of the electrical contact even in the event of a fire.
  • the closed housing forms a cylinder, for example, with the pressing element then being designed as a cylindrical piston which is pushed out of the cylinder. Between the piston and the cylinder wall there is a receiving volume into which the intumescent material is introduced. In the event of a fire, the expansion of the intumescent material causes the piston to be pushed out of the cylinder.
  • the amount of intumescent material needed can be determined .
  • the factor by which the intumescent material expands in the event of fire ie: above the operating temperature of the intumescent material
  • the ratio of the 'initial volume' to the 'final volume' and the value of the 'initial volume' can be used to determine the amount of intumescent material which just fills the 'final volume' in the expanded state without exerting any further pressure.
  • the amount of intumescent material is chosen to be slightly larger than corresponds to the expansion of the intumescent material up to the state in which the intumescent material is "pressureless” in the expanded state.
  • the amount of intumescent material is chosen such that the expansion of the intumescent material without counter-pressure results in a volume that is larger than the “final volume” described. This creates a pressing force because the intumescent material continues to exert pressure on the piston at the "final volume” even after the piston has reached its "final stage” in its movement. It should be ensured that the remaining pressing force of the pressing element is not too large.
  • the limitation of the pressing force should be set in such a way that the contact element is not deformed or destroyed.
  • the pressing force is defined by the amount of intumescent material that is used.
  • the clamping spring and the counter bearing are attached to one component.
  • the component can be approximately U-shaped in cross section or have another design with two legs connected to one another, with the clamping spring being supported on one leg and the counter bearing being supported on the opposite leg of the component. In other words, the clamping spring and the counter bearing can be clasped by this component.
  • this component is part of the contact element and consists of a non-conductive, inorganic material.
  • the material of this component preferably has a melting point > 1,000 °C.
  • the component can be attached directly to the structure.
  • the configuration according to claim 3 makes it possible to fasten the contact element directly to the structure via the component. Due to the fact that the contact element is fastened directly to the structure, it also remains in place when a surrounding plastic housing of the contact element begins to melt. In this respect, it proves to be advantageous if the contact element is not only fastened in a plastic housing, which is then in turn fastened. With such a construction, the contact element itself would no longer be attached to the building when the plastic of the plastic housing melts.
  • the contact element Due to the temperature resistance of the component and the function of the pressure element when the operating temperature of the intumescent material is exceeded, the contact element as a whole retains its function for a sufficient time even if a fire breaks out.
  • the component consists of the non-conductive, inorganic material made of ceramic, alumina or silicate or of a composite material consisting of several of these materials.
  • the component is shaped in such a way that the abutment for supporting the closed housing is supported by the component.
  • clamping spring and the counter bearing of the clamping spring are also attached to this component.
  • this component supports the abutment for the pressing element.
  • This can be realized in that the component, the housing of the pressing element, is attached directly to the component. It is also possible to attach the housing of the pressing element to the metallic component of the contact element and to shape the component in such a way that the part of the metallic component of the contact element passes through the Component is supported, which acts as an abutment for the pressing element when corresponding retrospective forces must be removed during the onset of the intumescent effect of the intumescent material in the housing. This proves to be advantageous because the component remains dimensionally stable even at the higher temperatures in the event of a fire. Any diminishing effect of the stability of the metallic component of the contact element cannot then lead to an undesired deformation of the metallic component of the contact element when the forces that have to be dissipated by the expansion of the intumescent material are introduced.
  • the contact element is constructed in such a way that the abutment for supporting the closed housing is supported by the further component.
  • the other component is separate from the component to which the clamping spring and the counter bearing of the clamping spring are attached.
  • the other component can also be fastened directly to the structure.
  • This additional component is also advantageously made of inorganic, non-conductive material with a melting point >1000°C.
  • This non-conductive, inorganic material can consist of ceramic, alumina or silicate or of a composite material consisting of several of these materials.
  • This configuration makes it possible to fasten the further component to a structure by screwing a screw through the further component into a dowel that was introduced into the wall or the ceiling of the structure.
  • the screw can be guided in the further component in an elongated hole, the extent of which in the longitudinal direction is such that this extent extends counter to the direction of movement of the pressing element when the intumescent material expands. If the screw with is screwed in with a torque defined in such a way that the further component moves along the wall or the ceiling of the building when the pressure element presses on the clamping spring or the counter bearing of the clamping spring with a force above a limit value, it can be advantageously achieved that the further Component - and thus also the abutment for the pressing element - moves.
  • the limit value is set in such a way that this displacement of the further component only occurs when the pressing force of the pressing element is sufficient to ensure electrical contact. Furthermore, the limit value is set in such a way that this displacement of the further component occurs before the pressing force of the pressing element reaches a magnitude at which destruction of one of the components can occur.
  • Claim 7 relates to a contact element with a component made of the non-conductive, inorganic material.
  • the component is shaped in such a way that the counter bearing of the clamping spring is supported by the component.
  • the clamping spring has a through-opening with an edge, the clamping spring being arranged and designed in such a way that a cable or wire inserted through the through-opening is pressed resiliently against the counter bearing.
  • the clamping spring can be moved against its spring force into a position in which an insertion opening between the counter bearing and the inner edge of the clamping spring is open.
  • the embodiment according to claim 9 relates to a contact element arrangement consisting of a plurality of contact elements according to one of the preceding claims. This means that these several contact elements are structurally combined.
  • the contact elements each have a clamping spring.
  • the contact element arrangement has a common abutment for the clamping springs of the contact elements.
  • Claim 10 relates to a contact element arrangement according to claim 9, which has a common pressing element for the contact elements.
  • the cores of the electrical cables to be contacted by means of the contact element arrangement have the same diameter. It can thus be achieved that the electrical contacts of all contact elements of the contact element arrangement are subjected to a correspondingly defined pressing force in the event of a fire.
  • the contact elements of this contact element arrangement have a component made of a non-conductive, inorganic material with a melting point >1,000°C.
  • a common component is present in the contact element arrangement and can be fastened directly to the structure. This common component is at the same time the component for each of the contact elements of the contact element arrangement.
  • the common component consists of an inorganic, non-conductive material with a melting point > 1,000 °C.
  • the common component also ensures that the individual contact elements are largely stationary relative to one another in the event of a fire, because this common component acts as a common support element for the contact elements.
  • Claim 12 relates to a carrier for several contact element arrangements according to claims 8 to 10.
  • the carrier consists of a non-conductive, inorganic material with a melting point >1,000°C.
  • the carrier has a number of mounting locations for mounting a number of contact element arrangements which are galvanically isolated from one another in such a way that the carrier is the common component of each of the contact element arrangements.
  • This non-conductive, inorganic material can consist of ceramic, alumina or silicate or of a composite material consisting of several of these materials.
  • a number of contact element arrangements can be attached electrically isolated from one another by means of the carrier. This galvanic isolation also remains in the event of a fire.
  • the carrier itself can be attached directly to the structure. Because this carrier is at the same time the common component of each of the mounted contact element arrangement (and thus then also the component of each of the contact elements), a compact design results. In addition, this results in a fixed attachment of the contact element arrangement relative to one another, which is largely ensured even in the event of a fire.
  • FIG. 2 shows a sectional view through a contact element arrangement in which the contact elements are attached to a common component which consists of an inorganic, non-conductive material with a melting point >1,000° C.;
  • Fig. 5 an alternative design of a carrier for attaching several
  • FIG. 6 shows a sectional illustration through a further embodiment of a contact element arrangement according to the invention.
  • Figure 1 shows a contact element arrangement 101 in a sectional view.
  • the essential parts of a contact element 102 can be seen, which are to be explained below.
  • a clamping spring 103 can be seen, which is suspended with one of its two ends on a partial element 104 of a metallic component 105 .
  • the clamping spring 103 is bent in such a way that the other end of the clamping spring 103 presses onto a contact surface 106 .
  • This contact area 106 can be a metal component, for example made of copper, which is applied to the metal component 105 .
  • the corresponding part of the metal component 105 in which the clamping spring 103 presses on the metal component 105 directly forms the contact surface 106 .
  • the area of the metallic component 105 that is not hatched in FIG. 1 shows that this other end of the clamping spring 103 is guided through an opening in the metallic component 105 .
  • the stripped end of this core is inserted from the left in the drawing.
  • This wire is pushed in above the contact surface 106 .
  • the wire opens the clamping spring 103 when pushed in by the end of the clamping spring 103 being pushed upwards in the drawing and—because of the curvature of the clamping spring 103—to the right.
  • the clamping spring 103 presses the wire onto the contact surface 106.
  • the contact surface 106 is thus the counter bearing of the clamping spring 103.
  • FIG. 1 shows a pressing element 107.
  • This pressing element 107 consists of a cylinder 108 in which a piston 109 is movably mounted in the direction of arrow 110.
  • Intumescent material 112 is mounted within the cylinder 108 in the cavity 111 between the piston and the surrounding walls of the cylinder 108 . In the event of a fire, this intumescent material 112 expands when its operating temperature is exceeded. As a result, the piston 109 is pushed out of the cylinder 108. As a result, the piston 108 presses with a defined pressing force on the clamping spring 103 or the counter bearing 106 and clamps the core of the cable in such a way that the electrical contact remains.
  • Typical values for the expansion of the intumescent material are an expansion of the volume by a factor of 15 when the operating temperature of the intumescent material is exceeded.
  • the amount of intumescent material and the geometrical conditions are set in such a way that the piston 109 is already pressing on the counter bearing 106 or the clamping spring 103 when the intumescent material has reached its full capacity volume expansion has not yet been reached.
  • FIG. 2 shows a sectional view through a contact element arrangement 201, in which the contact elements 202 are attached to a common component 203, which consists of an inorganic, non-conductive material with a melting point of >1,000°C.
  • this component 203 extends upwards around part 205 on the right-hand side of the drawing and from there diagonally upwards to the left in the drawing around part 206.
  • the area 207 of the component 203 supports the abutment of the pressing element.
  • the components are labeled in the representation of FIG.
  • the metallic component to which the pressing element is fastened is thus supported in such a way that this metallic component is not deformed when the intumescent material expands in this area because of the forces of the pressing element to be supported.
  • member 203 extends around member 204 to the upper left of the drawing.
  • This part 204 supports the metallic component in the area of the counter bearing of the clamping spring. The metallic component is thus also supported in this area when the intumescent material expands in the pressing element.
  • the component 203 can be attached to a wall in the area 205, for example. There is thus a direct connection between component 203 and the wall, which also remains in place in the event of a fire. It is also possible, for example, to provide two of these components instead of the one-piece component 203 with the parts 204, 205, 206.
  • the component shown in one piece in Figure 2 can be divided in the area 205, so that there is a lower part with the areas that bear the reference numbers 203 and 204 and a certain part of the area 205.
  • the resulting second part can then contain the upper Include part of the area 205 and the area 206. This upper part can, for example, have a slot that extends vertically upwards in the drawing.
  • this second component is screwed to the wall with a defined torque, this second component can be pushed up a little because of the elongated hole. If very large forces are exerted by the intumescent material, the contact element or the contact element arrangement can be deformed in a targeted manner in such a way that the electrical contact remains.
  • Figures 3 and 4 show a carrier 306 for attaching a plurality of contact element arrangements 301, 302, 303, 304 and 305, which are electrically isolated from one another.
  • the carrier 306 consists of a non-conductive, inorganic material with a melting point >1000°C.
  • each of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305 has three clamping springs and thus also three slots for connecting the wire of the electrical cable.
  • the cores of the cables are pushed into the drawing from the front.
  • the contact element arrangement 301, 302, 303, 304, 305 are each made purely of metal.
  • each of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305 By mounting each of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305 on the carrier 306, the individual contact elements of each of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305 are on a common one Component (carrier 306) attached. In addition, all of these contact element arrangements 301 , 302 , 303 , 304 , 305 are fastened to a common carrier 306 as a result.
  • this support 306 has an element 307 for the direct structural attachment of the support 306.
  • the pressing element 308 can be seen in one of the contact elements of the contact element arrangement 301 .
  • the pressing elements are covered by the clamping springs in the illustration in FIG.
  • the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305 are galvanically isolated from one another in the illustration in FIGS.
  • the galvanic isolation can also be made even safer in the event of a fire by installing vertical partitions between the assembly locations of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305, which are also made of the inorganic, non-conductive material with a melting point > 1,000 °C.
  • FIGS. 3 and 4 show the parts that are essential for ensuring electrical contact even in the event of a fire. It can also be seen without any special representation that a housing can be provided to cover each of the contact element arrangements 301, 302, 303, 304, 305. These housings each have an insertion opening for inserting a wire of a cable for each of the contact elements and, if necessary, Another opening for inserting a tool to preload the clamping spring.
  • FIG. 5 shows an alternative design of a carrier 506 for attaching a plurality of contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505, which are electrically isolated from one another.
  • the pressing element 512 can be seen in one of the contact elements of the contact element arrangement 501 .
  • the other pressing elements are again covered and therefore cannot be seen in the illustration in FIG.
  • a part 507, 508, 509, 510, 511 extends upwards from the carrier 506 to each of the contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505.
  • These parts 507, 508, 509, 510, 511 are each shaped in such a way that they support the abutment of the pressing elements of the contact elements of the contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505.
  • each of the parts 507, 508, 509, 510, 511 for each of the contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505 has the advantage over a continuous common part for all contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505 that light plastic housing can be placed over each of the contact element arrangements 501, 502, 503, 504, 505 to cover the metallic parts in "normal operation" without a fire.
  • FIG. 5 thus corresponds to the embodiment that is explained in connection with FIG. 2 with regard to the component 203 with the regions 205 and 206 also attached thereto.
  • the region 204 of the component 203 is not explicitly stated in the illustration in FIG. 5, but can also be provided.
  • the figure also does not expressly show that part of the carrier 506 which is provided for the direct attachment of this carrier 506 to the wall or the ceiling.
  • FIG. 6 shows a contact element arrangement 601 with two contact elements 602 in a sectional view.
  • Each contact element 602 has a clamping spring 603 which is accommodated in a component 604 common to both contact elements 602, for example.
  • a copper carrier 605 with an approximately U-shaped cross section in the illustrated embodiment forms a contact surface 606 with each of its legs.
  • a pressing element 607 which essentially has the structure explained with reference to FIG included in component 604.
  • an opening 608 is provided in each clamping spring 603, through which the core of a cable 609 can be inserted.
  • the clamping spring 603 is prestressed in such a way that an edge of the opening is pushed in the direction of the respective contact surface 606 .
  • the opening of the clamping spring 603 can be brought into a position, for example by means of a tool against the spring force, in which the core of the cable 609 can be inserted through the opening. If the clamping spring 603 is then released, this clamping spring 603 pulls or presses the wire against the contact surface 606.
  • FIG. 7 Another embodiment is shown in FIG. This essentially corresponds to the embodiment of FIG. 2, wherein in FIG. 7 the contact element 701 has an approximately U-shaped component 702 in the cross section shown, on one leg of which there is a clamping spring 703 and a pressing element 704, which essentially corresponds to the one shown in FIG 1 and has the same function, while the contact surface 705 is supported on the opposite leg.
  • the contact element arrangements can - for all embodiments of this property right - also have a common pressing element for all contact elements of this contact element arrangement.
  • this non-conductive, inorganic material can consist of ceramic, alumina or silicate or of a composite material consisting of several of these materials.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement (102) für elektrische Leiter. Das Kontaktelement (102) weist eine Klemmfeder (103) und ein Gegenlager (106) auf, wobei die Klemmfeder (103) geeignet ist, einen elektrischen Leiter federelastisch gegen das Gegenlager (106) zu drücken. Weiter ist die Klemmfeder (103) entgegen ihrer Federkraft in eine Stellung bewegbar ist, in der eine Einführungsöffnung zwischen dem Gegenlager (106) und der Klemmfeder (103) geöffnet ist. Um die Funktionsfähigkeit auch im Brandfall sicherstellen zu können, weist das Kontaktelement (102) ein Andrückelement (107; 308; 401; 512) auf, das infolge einer Ausdehnung intumeszierenden Materials (112) bei einer Temperatur oberhalb von 250° C gegen die Klemmfeder (103) und/oder gegen das Gegenlager (106) drückt.

Description

Kontaktelement und Kontaktelementanordnung für elektrische Leiter sowie Träger für mehrere Kontaktelementanordnungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktelement für elektrische Leiter gemäß Anspruch 1 , eine Kontaktelementanordnung gemäß Anspruch 8 sowie einen Träger für mehrere Kontaktelementanordnungen gemäß Anspruch 11.
Es ist bereits ein Kontaktelement bekannt, bei dem ein elektrischer Kontakt in an sich bekannter Weise mittels einer Klemmfeder und einem Gegenlager realisiert wird, indem die Kontaktfeder federelastisch gegen das Gegenlager drückt. Dadurch kann ein (ggf. auch mehrere) elektrischer Leiter eines Kabels zwischen der Klemmfeder und dem Gegenlager geklemmt werden, so dass dadurch ein elektrischer Kontakt realisiert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel mit einer Käfigzugfeder ist in der DE 197 11 051 A1 beschrieben. Hierbei wird zur Montage des Kabels die Feder gegen ihre Federkraft gespannt. Die Ader des Kabels wird in diesem gespannten Zustand der Klemmfeder durch eine Öffnung in der Klemmfeder gesteckt und nach dem Lösen der Vorspannung der Klemmfeder infolge der Federkraft gegen das Gegenlager gezogen.
Eine andere Konstruktion einer Klemmfeder ist beispielsweise aus der DE 199 45 817 A1 bekannt. Dort wird durch das Einschieben der zu kontaktierenden Ader des Kabels die Klemmfeder so weit geöffnet, dass die Ader an der anliegenden Klemmfeder entlang in das Kontaktelement eingeschoben werden kann. Nach dem Einschieben liegt die Klemmfeder an der Ader an. Durch die Biegerichtung der Klemmfeder wird die eingeschobene Ader des Kabels nicht nur elektrisch kontaktiert, sondern auch mechanisch festgehalten.
Aus der EP 2 263 757 B1 ist es bekannt, eine Klemme für elektrische Leiter auszugestalten mit einem Gehäuse aus einem nichtleitenden anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt größer oder gleich 1.000 °C. Die Klemmfeder ist als Käfigzugfeder ausgebildet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative Lösung für eine Kontaktierung elektrischer Leiter vorzuschlagen, die eine sichere Kontaktierung der Leiter auch im Fall eines Brandes verbessert.
Bei herkömmlichen Kontaktelementen besteht das Problem, dass diese Kontaktelemente nicht feuerfest sind. Im Brandfall schmelzen die Kunststoffe. Die elektrischen Kontakte in den Kontaktelementen sind metallisch. Diese elektrischen Kontakte verändern ihre Matenaleigenschaften im Brandfall. Dies betrifft insbesondere auch die Biegefestigkeiten und Biegeelastizitäten. Dies kann dazu führen, dass in unerwünschter Weise Kabelanschlüsse nicht mehr elektrisch kontaktiert sind oder eventuell sogar Kurzschlüsse oder zumindest Fehlerströme auftreten können.
Es gibt bestimmte Funktionen elektrischer Anlagen und Bauteile, deren Funktion auch im Brandfall sichergestellt sein soll bzw. muss. Beispiele für derartige elektrische Anlagen und Bauteile sind beispielsweise Notbeleuchtungen für Fluchtwege, Brandmeldesysteme und Rauchabzugsanlagen. Nach der DIN 4102 (EN 13051 ) sind Feuerwiderstandsklassen (Brandschutzklassen) definiert. Für elektrische Bauteile und Anteile gibt es beispielsweise die Klassen E30, E60, E90. Der Buchstabe kennzeichnet die elektrischen Systeme, die Zahlenangabe ist ein Maß (in Minuten), wie lange das Bauteil bzw. die Anlage im Brandfall die Funktion behält.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch ein Kontaktelement für elektrische Leiter gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieses Kontaktelement weist eine Klemmfeder auf sowie ein Gegenlager. Die Klemmfeder drückt entweder direkt oder indirekt über einen Leiter federelastisch gegen das Gegenlager oder ist derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie einen Leiter federelastisch gegen das Gegenlager drücken kann. Die zu kontaktierende Ader (Leiter) eines elektrischen Kabels wird dadurch zwischen der Klemmfeder und dem Gegenlager festgeklemmt, wenn diese Ader zwischen der Klemmfeder und dem Gegenlager eingebracht ist. Dies schließt auch Ausführungsformen ein, bei der in der Klemmfeder eine Öffnung vorgesehen ist, durch die die Ader des Kabels gesteckt werden kann, so dass der Rand der Öffnung die Ader gegen das Gegenlager drückt oder zieht. Zur elektrischen Kontaktierung kann die Klemmfeder und/oder ein elektrisches Kontaktelement, das auf dem Gegenlager angebracht ist, zur Kontaktierung der Ader des Kabels angeschlossen sein. Die Klemmfeder kann entgegen ihrer Federkraft in eine Stellung bewegt werden, in der eine Einführungsöffnung zwischen dem Gegenlager und der Klemmfeder geöffnet ist. Dadurch kann die zu kontaktierende Ader des Kabels eingeschoben werden. Wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erörtert kann das Kontaktelement so gestaltet sein, dass diese Einführungsöffnung entsteht, indem die Ader des Kabels eingeschoben wird. Bei diesem Einschieben des Kabels bzw. des Leiters wird die Klemmfeder entsprechend geöffnet. Nach der vorliegenden Erfindung weist das Kontaktelement weiterhin ein Andrückelement auf, das infolge einer Ausdehnung intumeszierenden Materials bei einer Temperatur oberhalb von etwa 250° C, d.h. oberhalb der Temperatur, bei der das intumeszierende Material aufschäumt, gegen die Klemmfeder und/oder gegen das Gegenlager gedrückt wird.
Sofern eine Ader eines Kabels zur Kontaktierung in das Kontaktelement eingeschoben ist, kann das Andrückelement auch gegen diese Ader drücken. Dadurch wird die Ader gegen das Gegenlager gedrückt. Bezogen auf das Kontaktelement als solches drückt auch bei einer eingeführten Ader eines Kabels das Andrückelement in Richtung der Klemmfeder oder des Gegenlagers.
Intumeszierendes Material kann beispielsweise Blähgraphit sein. Dieses intumeszierende Material hat die Eigenschaft, dass es bei normalen Temperaturen im festen Zustand ist. Wenn die Temperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet, beispielsweise etwa 250° C, dehnt sich das intumeszierende Material stark aus. Dabei wird das intumeszierende Material zähflüssig, so dass sich dieses Material dann auch so ausdehnen kann, dass ein Raum, der durch Wände begrenzt ist, durch das intumeszierende Material ausgefüllt wird. Bei Elektroinstallationen wird dieses intumeszierende Material im Zusammenhang mit Installationsdosen für Hohlwände verwendet. Dort besteht das Problem, dass im Brandfall Flammen aus den Öffnungen in den Beplankungen der Hohlwände austreten können, wenn die Installationsdosen im Brandfall schmelzen. Das intumeszierende Material hat dort die Wirkung, dass es durch die Ausdehnung diese Öffnungen verschließt. Der Druck, mit dem sich das intumeszierende Material ausdehnt, ist dabei so groß, dass Bauteile wie beispielsweise Steckdoseneinsätze oder Einsätze für Schalter bei der Ausdehnung des intumeszierenden Materials aus den Installationsöffnungen herausgedrückt werden. Durch das Ausfüllen der Öffnungen in der Beplankung der Hohlwände bleibt die Brandschutzklasse der Hohlwand (üblicherweise in der Klasse F90) erhalten.
Durch die vorliegende Erfindung bleibt der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktfeder und dem Gegenlager sowie einer dazwischen befindlichen Ader eines Kabels erhalten, indem das Andrückelement durch die Ausdehnung des intumeszierenden Materials derart auf die Klemmfeder bzw. auf das Gegenlager drückt, dass der elektrische Kontakt auch im Brandfall gewährleistet ist. Wenn das Andrückelement auf das Gegenlager drückt, wird damit eine eingeführte Ader eines Kabels auf das Gegenlager gedrückt. Metalllegierungen ändern mit zunehmender Temperatur ihre mechanischen Eigenschaften. Dies gilt insbesondere auch für die Federelastizität, die ein entsprechend geformtes metallisches Bauteil aufweist. Durch das Andrückelement wird vorteilhaft erreicht, dass auch bei nachlassender Federkraft der Klemmfeder infolge der Erwärmung im Brandfall der elektrische Kontakt erhalten bleibt.
Die Einsatztemperatur des intumeszierenden Materials kann in gewissen Grenzen eingestellt werden. Typischerweise liegt der Wert für die Einsatztemperatur des intumeszierenden Materials bei etwa 200 °C.
Bei der Ausgestaltung des Kontaktelementes nach Anspruch 2 weist das Andrückelement ein kolbenartiges Bauteil sowie ein Gehäuse auf. Das kolbenartige Bauteil ist in dem ansonsten geschlossenen Gehäuse derart beweglich gelagert, dass das kolbenartige Bauteil in einer Linearbewegung aus dem geschlossenen Gehäuse heraus bewegbar ist. Dabei ist das intumeszierende Material innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das kolbenartige Bauteil wird durch eine Ausdehnung des intumeszierenden Materials aus dem Gehäuse herausgedrückt. Das geschlossene Gehäuse ist derart befestigt und gelagert, dass die Befestigung und Lagerung des geschlossenen Gehäuses ein Widerlager bildet zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses bei der Ausdehnung des intumeszierenden Materials. Alternativ hierzu kann auch das kolbenartige Bauteil derart befestigt und gelagert sein, dass die Befestigung und Lagerung des kolbenartigen Bauteils ein Widerlager bildet zur Abstützung des kolbenartigen Bauteils bei der Ausdehnung des intumeszierenden Materials. In diesem Fall drückt dann das relativ zu dem kolbenartigen Bauteil bewegliche Gehäuse als Andrückelement auf die Klemmfeder bzw. auf das Gegenlager, so dass der elektrische Kontakt auch im Brandfall gewährleistet ist.
Durch die Kombination dieser Merkmale kann das Andrückelement sicher und mit einer definierten Kraft so geführt und bewegt werden, dass das Andrückelement den elektrischen Kontakt mit der Ader des Kabels zusammendrückt und damit im Brandfall sicher hält. Eine eventuell nachlassende Federkraft der Klemmfeder infolge der Erwärmung durch den Brand wird damit im Hinblick auf die Sicherheit des elektrischen Kontaktes auch im Brandfall gewährleistet.
Das geschlossene Gehäuse bildet beispielsweise einen Zylinder, wobei das Andrückelement dann als zylindrischer Kolben ausgebildet ist, der aus dem Zylinder herausgedrückt wird. Zwischen dem Kolben und der Zylinderwand ergibt sich ein Aufnahmevolumen, in das das intumeszierende Material eingebracht wird. Im Brandfall bewirkt die Ausdehnung des intumeszierenden Materials, dass der Kolben aus dem Zylinder herausgedrückt wird.
Weil die geometrischen Verhältnisse bekannt sind (Anfangsvolumen in dem Zylinder bei nicht herausgedrücktem Andrückelement sowie das Endvolumen des Zylinders, wenn das Andrückelement herausgedrückt ist bis zu einer Position, in der das Andrückelement den elektrischen Kontakt zusammendrückt), lässt sich die Menge des benötigten intumeszierenden Materials bestimmen. Es ist bekannt, um welchen Faktor sich das intumeszierende Material im Brandfall (d.h.: oberhalb der Einsatztemperatur des intumeszierenden Materials) ausdehnt. Aus dem Verhältnis des 'Anfangsvolumens" zu dem "Endvolumen" sowie dem Wert des "Anfangsvolumens" lässt sich die Menge des intumeszierenden Materials bestimmen, die das "Endvolumen" im ausgedehnten Zustand gerade ausfüllt, ohne weiteren Druck auszuüben. Vorteilhaft wird die Menge des intumeszierenden Materials etwas größer gewählt als dies der Ausdehnung des intumeszierenden Materials entspricht bis zu dem Zustand, in dem das intumeszierende Material im ausgedehnten Zustand "drucklos" ist. Um eine Andrückkraft des Andrückelementes auf den elektrischen Kontakt im Brandfall zu gewährleisten, wird die Menge des intumeszierenden Materials so gewählt, dass die Ausdehnung des intumeszierenden Materials ohne einen Gegendruck zu einem Volumen führt, das größer ist als das beschriebene "Endvolumen". Dadurch entsteht eine Andrückkraft, weil das intumeszierende Material bei dem "Endvolumen" weiterhin Druck auf den Kolben ausübt, auch wenn der Kolben in seiner Bewegung den "Endzustand" erreicht hat. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die verbleibende Andrückkraft des Andrückelementes nicht zu groß gewählt wird. Die Begrenzung der Andrückkraft sollte so eingestellt werden, dass das Kontaktelement nicht verformt oder zerstört wird. Die Andrückkraft wird durch die Menge des intumeszierenden Materials definiert, das verwendet wird.
Bei der Ausgestaltung des Kontaktelementes nach Anspruch 3 sind die Klemmfeder und das Gegenlager an einem Bauteil befestigt. Das Bauteil kann dabei im Querschnitt näherungsweise U-förmig sein oder eine andere Gestaltung mit zwei miteinander verbundenen Schenkeln haben, wobei sich beispielsweise die Klemmfeder an einem Schenkel abstützt und das Gegenlager sich an dem gegenüberliegenden Schenkel des Bauteils abstützt. Mit anderen Worten können die Klemmfeder und das Gegenlager durch dieses Bauteil umklammert werden.
Nach einem unabhängigen Aspekt der Erfindung ist dieses Bauteil Bestandteil des Kontaktelements und besteht aus einem nichtleitenden, anorganischen Material. Jedenfalls das Material dieses Bauteils hat vorzugsweise einem Schmelzpunkt > 1.000 °C. Das Bauteil ist unmittelbar bauwerkseitig befestigbar.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ermöglicht es, das Kontaktelement über das Bauteil unmittelbar bauwerkseitig zu befestigen. Durch die unmittelbare bauwerkseitige Befestigung des Kontaktelementes bleibt dieses auch dann an seinem Platz, wenn ein umgebendes Kunststoffgehäuse des Kontaktelementes beginnt zu schmelzen. Insofern erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Kontaktelement nicht lediglich in einem Kunststoffgehäuse befestigt ist, das dann wiederum befestigt wird. Bei einer solchen Konstruktion wäre das Kontaktelement selbst nicht mehr bauwerkseitig befestigt, wenn der Kunststoff des Kunststoffgehäuses schmilzt.
Durch die Temperaturbeständigkeit des Bauteils und die Funktion des Andrückelementes bei Überschreiten der Einsatztemperatur des intumeszierenden Materials bleibt das Kontaktelement insgesamt auch bei Auftreten eines Brandes für eine ausreichende Zeit in seiner Funktion erhalten.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 besteht das Bauteil aus dem nichtleitenden, anorganischen Material aus Keramik, Tonerde oder Silikat oder aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren dieser Materialien.
Diese Materialien sind vergleichsweise kostengünstig verfügbar und lassen sich ausreichend einfach bearbeiten. Die Funktion des Kontaktelementes ist damit sowohl unter Betriebsbedingungen bei üblichen Temperaturen als auch unter Betriebsbedingungen bei Temperaturen im Brandfall ausreichend sicher gewährleistet.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist das Bauteil so geformt, dass das Widerlager zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses durch das Bauteil abgestützt ist.
An diesem Bauteil sind auch die Klemmfeder und das Gegenlager der Klemmfeder befestigt.
Weiterhin stützt dieses Bauteil das Widerlager für das Andrückelement ab. Dies kann realisiert sein, indem das Bauteil das Gehäuse des Andrückelements direkt an dem Bauteil befestigt ist. Es ist auch möglich, das Gehäuse des Andrückelementes an dem metallischen Bauteil des Kontaktelementes zu befestigt und das Bauteil so zu formen, dass der Teil des metallischen Bauteils des Kontaktelementes durch das Bauteil abgestützt wird, der als Widerlager für das Andrückelement wirkt, wenn beim Einsetzen der intumeszierenden Wirkung des intumeszierenden Materials in dem Gehäuse entsprechende rückwirkende Kräfte abgetragen werden müssen. Dies erweist sich insofern als vorteilhaft, weil das Bauteil auch bei den höheren Temperaturen im Brandfall form stabil bleibt. Eine eventuell nachlassende Wirkung der Stabilität des metallischen Bauteils des Kontaktelementes kann dann nicht zu einer unerwünschten Verformung des metallischen Bauteils des Kontaktelementes führen, wenn die Kräfte eingeleitet werden, die durch die Ausdehnung des intumeszierenden Materials abgetragen werden müssen.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 sind weitgehend alle Teile, die für die Sicherstellung des elektrischen Kontaktes auch im Brandfall benötigt werden, an demselben Bauteil befestigt bzw. werden durch dasselbe Bauteil abgestützt. Das Kontaktelement bleibt damit kompakt.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist das Kontaktelement so aufgebaut, dass das Widerlager zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses durch das weitere Bauteil abgestützt wird. Das weitere Bauteil ist getrennt von dem Bauteil, an dem die Klemmfeder und das Gegenlager der Klemmfeder befestigt sind. Auch das weitere Bauteil ist unmittelbar bauwerkseitig befestigbar.
Auch dieses weitere Bauteil besteht vorteilhaft aus anorganischem, nichtleitendem Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C. Dieses nichtleitende, anorganische Material kann aus Keramik, Tonerde oder Silikat oder aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren dieser Materialien bestehen.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Befestigung des weiteren Bauteils an einem Bauwerk durchzuführen, indem eine Schraube durch das weitere Bauteil hindurch in einen Dübel eingeschraubt wird, der in die Wand oder die Decke des Bauwerks eingebracht wurde. Die Schraube kann in dem weiteren Bauteil in einem Langloch geführt sein, dessen Ausdehnung in Längsrichtung derart ist, dass sich diese Ausdehnung entgegen der Bewegungsrichtung des Andrückelementes bei der Ausdehnung des intumeszierenden Materials erstreckt. Wenn die Schraube mit einem derart definierten Drehmoment eingeschraubt wird, dass sich das weitere Bauteil entlang der Wand oder der Decke des Bauwerks verschiebt, wenn das Andrückelement mit einer Kraft oberhalb eines Grenzwertes auf die Klemmfeder oder das Gegenlager der Klemmfeder drückt, kann vorteilhaft erreicht werden, dass sich das weitere Bauteil - und damit auch das Widerlager für das Andrückelement - verschiebt. Der Grenzwert wird dabei so eingestellt, dass es erst dann zu dieser Verschiebung des weiteren Bauteils kommt, wenn die Andrückkraft des Andrückelementes ausreichend ist, um den elektrischen Kontakt sicherzustellen. Weiterhin wird der Grenzwert so eingestellt, dass es zu dieser Verschiebung des weiteren Bauteils kommt, bevor die Andrückkraft des Andrückelementes eine Größenordnung erreicht, bei der eine Zerstörung eines der Bauteile eintreten kann.
Vorteilhaft kann damit auch der Verwendung unterschiedlicher Leitungsquerschnitte bei der Kontaktierung Rechnung getragen werden. Diese unterschiedlichen Leitungsquerschnitte führen dazu, dass das Andrückelement unterschiedlich weit herausgedrückt ist, wenn es an dem elektrischen Kontakt anliegt. Vorteilhaft wird durch die beschriebene Konstruktion diesen unterschiedlichen Verhältnissen Rechnung getragen.
Anspruch 7 betrifft ein Kontaktelement mit einem Bauteil aus dem nichtleitenden, anorganischen Material. Bei dieser Ausgestaltung des Kontaktelementes ist das Bauteil so geformt, dass das Gegenlager der Klemmfeder durch das Bauteil abgestützt ist.
Dies erweist sich als vorteilhaft, weil damit auch das Gegenlager der Klemmfeder durch das auch bei hohen Temperaturen formstabile Bauteil abgestützt wird. Damit wird vorteilhaft auch das Gegenlager der Klemmfeder abgestützt, wenn bei den hohen Temperaturen das Andrückelement infolge der Ausdehnung des intumeszierenden Materials auf das Gegenlager drückt.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 7 wird damit vorteilhaft eine Verformung des metallischen Bauteils des Kontaktelementes auch im Bereich des Gegenlagers der Klemmfeder vermieden. Nach der Ausführungsform des Anspruchs 8 weist die Klemmfeder eine Durchgangsöffnung mit einem Rand auf, wobei die Klemmfeder derart angeordnet und ausgebildet ist, dass ein durch die Durchgangsöffnung gestecktes Kabel bzw. eine Ader federelastisch gegen das Gegenlager gedrückt wird. Hierbei kann die Klemmfeder entgegen ihrer Federkraft in eine Stellung bewegbar sein, in der eine Einführungsöffnung zwischen dem Gegenlager und dem inneren Rand der Klemmfeder geöffnet ist.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 betrifft eine Kontaktelementanordnung bestehend aus mehreren Kontaktelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das bedeutet, dass diese mehreren Kontaktelemente baulich vereinigt sind. Die Kontaktelemente weisen jeweils eine Klemmfeder auf. Die Kontaktelementanordnung weist ein gemeinsames Gegenlager für die Klemmfedern der Kontaktelemente auf.
Damit lässt sich ein Block von Kontaktelementen realisieren, in dem mehrere Kontaktelemente untergebracht sind. Über diese Kontaktelementanordnung können mehrere Adem elektrischer Kabel miteinander kontaktiert werden.
Anspruch 10 betrifft eine Kontaktelementanordnung nach Anspruch 9, die ein gemeinsames Andrückelement für die Kontaktelemente aufweist.
Dadurch ergibt sich eine konstruktiv einfache Ausführung der Kontaktelementanordnung. Vorteilhaft haben dabei die mittels der Kontaktelementanordnung zu kontaktierenden Adem der elektrischen Kabel denselben Durchmesser. Damit kann erreicht werden, dass die elektrischen Kontakte aller Kontaktelemente der Kontaktelementanordnung im Brandfall mit einer entsprechenden definierten Andrückkraft beaufschlagt werden.
Bei der Ausgestaltung der Kontaktelementanordnung nach Anspruch 11 weisen die Kontaktelemente dieser Kontaktelementanordnung ein Bauteil aus einem nichtleitenden, anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C auf. In der Ausführungsform nach Anspruch 11 ist in der Kontaktelementanordnung ein gemeinsames Bauteil vorhanden, das unmittelbar bauwerkseitig befestigbar ist. Dieses gemeinsame Bauteil ist zugleich das Bauteil für jedes der Kontaktelemente der Kontaktelementanordnung.
Damit besteht das gemeinsame Bauteil aus einem anorganischen, nichtleitenden Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 11 erweist es sich als vorteilhaft, dass die gesamte Kontaktelementanordnung gemeinsam mit den relevanten Teilen für die Aufrechterhaltung der elektrischen Kontaktierung im Brandfall über das gemeinsame Bauteil bauwerkseitig befestigt ist.
Durch das gemeinsame Bauteil wird außerdem erreicht, dass sich die einzelnen Kontaktelemente im Brandfall relativ zueinander weitgehend ortsfest sind, weil dieses gemeinsame Bauteil als gemeinsames Tragelement für die Kontaktelemente wirkt.
Anspruch 12 betrifft einen Träger für mehrere Kontaktelementanordnungen nach den Ansprüchen 8 bis 10. Der Träger besteht aus einem nichtleitenden, anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt > 1 .000 °C. Der Träger weist mehrere Montageplätze auf zur Montage mehrerer galvanisch voneinander getrennter Kontaktelementanordnungen derart, dass der Träger das gemeinsame Bauteil jeder der Kontaktelementanordnungen ist.
Dieses nichtleitende, anorganische Material kann aus Keramik, Tonerde oder Silikat oder aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren dieser Materialien bestehen.
Durch den Träger lassen sich mehrere Kontaktelementanordnungen galvanisch voneinander getrennt anbringen. Diese galvanische Trennung bleibt auch im Brandfall bestehen.
Der Träger selbst ist unmittelbar bauwerkseitig befestigbar. Weil dieser Träger zugleich das gemeinsame Bauteil jeder der montierten Kontaktelementanordnung (und damit dann auch das Bauteil jeder der Kontaktelemente ist), ergibt sich eine kompakte Bauform. Außerdem ergibt sich damit eine ortsfeste Befestigung der Kontaktelementanordnung relativ zueinander, die auch im Brandfall weitgehend sichergestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Schnittdarstellung durch eine Kontaktelementanordnung
(Kontaktelementeblock);
Fig. 2: eine Schnittdarstellung durch eine Kontaktelementanordnung, bei der die Kontaktelemente auf einem gemeinsamen Bauteil befestigt sind, das aus einem anorganischen, nichtleitenden Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C besteht;
Fig. 3 und 4: einen Träger zur Anbringung mehrerer Kontaktelementanordnungen, die galvanisch voneinander getrennt sind;
Fig. 5: eine alternative Gestaltung eines Trägers zur Anbringung mehrerer
Kontaktelementanordnungen, die galvanisch voneinander getrennt sind;
Fig. 6: eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontaktelementanordnung; und
Fig. 7: eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontaktelementanordnung.
Figur 1 zeigt eine Kontaktelementanordnung 101 in einer Schnittdarstellung. Es sind die wesentlichen Teile eines Kontaktelementes 102 zu sehen, die nachfolgend erläutert werden sollen.
Es ist eine Klemmfeder 103 zu sehen, die mit einem ihrer beiden Enden an einem Teilelement 104 eines metallischen Bauteils 105 eingehängt ist. Die Klemmfeder 103 ist so gebogen, dass das andere Ende der Klemmfeder 103 auf eine Kontaktfläche 106 drückt. Diese Kontaktfläche 106 kann ein metallisches Bauteil beispielsweise aus Kupfer sein, das auf das metallische Bauteil 105 aufgebracht ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der entsprechende Teil des metallischen Bauteils 105, in dem die Klemmfeder 103 auf das metallische Bauteil 105 drückt, unmittelbar die Kontaktfläche 106 bildet.
Durch die in der Figur 1 nicht-schraffierte Fläche des metallischen Bauteils 105 ist zu sehen, dass dieses andere Ende der Klemmfeder 103 durch eine Öffnung in dem metallischen Bauteil 105 hindurchgeführt ist.
Zur Kontaktierung einer Ader eines Kabels wird das abisolierte Ende dieser Ader in der Zeichnung von links eingeschoben. Diese Ader wird oberhalb der Kontaktfläche 106 eingeschoben. Dabei öffnet die Ader beim Einschieben die Klemmfeder 103, indem das Ende der Klemmfeder 103 in der Zeichnung nach oben und dabei - wegen der Krümmung der Klemmfeder 103 - nach rechts gedrückt wird. Wenn die Ader eingeschoben ist, drückt die Klemmfeder 103 die Ader auf die Kontaktfläche 106.
Die Kontaktfläche 106 ist damit das Gegenlager der Klemmfeder 103.
Dadurch ergibt sich auch eine Haltekraft bei einer Zugbelastung der eingeschobenen Ader des Kabels nach dem Prinzip der Wirkung einer Curryklemme für Seile.
Figur 1 zeigt ein Andrückelement 107. Dieses Andrückelement 107 besteht aus einem Zylinder 108, in dem ein Kolben 109 in Richtung des Pfeils 110 beweglich gelagert ist. Innerhalb des Zylinders 108 ist in dem Hohlraum 111 zwischen dem Kolben und den umgebenden Wänden des Zylinders 108 intumeszierendes Material 112 angebracht. Im Brandfall dehnt sich dieses intumeszierende Material 112 aus, wenn dessen Einsatztemperatur überschritten wird. Dadurch wird der Kolben 109 aus dem Zylinder 108 gedrückt. Dadurch drückt der Kolben 108 mit einer definierten Andrückkraft auf die Klemmfeder 103 bzw. das Gegenlager 106 und klemmt dabei die Ader des Kabels derart, dass der elektrische Kontakt bestehen bleibt. Typische Werte für die Ausdehnung des intumeszierenden Materials sind eine Ausdehnung des Volumens um einen Faktor 15 bei Überschreiten der Einsatztemperatur des intumeszierenden Materials. Die Menge des intumeszierenden Materials und die geometrischen Verhältnisse (Abstände, Durchmesser des Zylinders, 'Ausgangsvolumen" des Hohlraums im Zylinder) werden so eingestellt, dass der Kolben 109 bereits auf das Gegenlager 106 bzw. die Klemmfeder 103 drückt, wenn das intumeszierende Material seine volle Volumenausdehnung noch nicht erreicht hat.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kontaktelementanordnung 201 , bei der die Kontaktelemente 202 auf einem gemeinsamen Bauteil 203 befestigt sind, das aus einem anorganischen, nichtleitenden Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C besteht.
Es ist zu sehen, dass sich dieses Bauteil 203 in der Zeichnung auf der rechten Seite um das Teil 205 nach oben erstreckt und von dort aus in der Zeichnung nach schräg links oben um das Teil 206.
Der Bereich 207 des Bauteils 203 stützt das Widerlager des Andrückelementes ab.
Die Bauteile sind in der Darstellung der Figur 1 bezeichnet. Damit wird das metallische Bauteil, an dem das Andrückelement befestigt ist, so abgestützt, dass sich dieses metallische Bauteil bei einer Ausdehnung des intumeszierenden Materials in diesem Bereich nicht wegen der abzustützenden Kräfte des Andrückelements verformt.
Es ist außerdem zu sehen, dass sich das Bauteil 203 in der Zeichnung nach links oben um das Teil 204 erstreckt. Dieses Teil 204 stützt das metallische Bauteil im Bereich des Gegenlagers der Klemmfeder ab. Damit wird das metallische Bauteil auch in diesem Bereich bei einer Ausdehnung des intumeszierenden Materials in dem Andrückelement abgestützt.
Das Bauteil 203 kann beispielsweise in dem Bereich 205 an einer Wand befestigt werden. Damit besteht eine direkte Verbindung des Bauteils 203 mit der Wand, die auch im Brandfall bestehen bleibt. Es ist beispielsweise auch möglich, anstelle des einstückigen Bauteils 203 mit den Teilen 204, 205, 206 zwei dieser Bauteile vorzusehen. Beispielsweise kann das in der Figur 2 einstückig dargestellte Bauteil in dem Bereich 205 geteilt sein, so dass ein unteres Teil mit den Bereichen besteht, die Bezugsziffern 203 und 204 tragen sowie noch einen bestimmten Teil des Bereichs 205. Das dann entstehende zweite Teil kann den oberen Teil des Bereichs 205 umfassen sowie den Bereich 206. Dieses obere Teil kann beispielsweise ein Langloch aufweisen, dass sich in der Zeichnung senkrecht nach oben erstreckt. Wenn dieses zweite Bauteil mit einem definierten Drehmoment mit der Wand verschraubt ist, kann dieses zweite Bauteil wegen des Langlochs ein Stück weit nach oben gedrückt werden. Wenn durch das intumeszierende Material sehr große Kräfte ausgeübt werden, kann damit das Kontaktelement bzw. die Kontaktelementanordnung gezielt so verformt werden, dass die elektrische Kontaktierung bestehen bleibt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Träger 306 zur Anbringung mehrerer Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304 und 305, die galvanisch voneinander getrennt sind.
Der Träger 306 besteht aus einem nichtleitenden, anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C.
Es ist zu sehen, dass jede der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 drei Klemmfedern aufweist und damit auch drei Steckplätze zum Anschluss von Adem elektrischer Kabel. Die Adem der Kabel werden in der Darstellung der Figur 3 von vorne in die Zeichnung hinein eingeschoben.
Die Kontaktelementanordnung 301 , 302, 303, 304, 305 sind jeweils rein metallisch gefertigt.
Durch die Montage jeder der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 auf dem Träger 306 sind die einzelnen Kontaktelemente jeder der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 an einem gemeinsamen Bauteil (Träger 306) befestigt. Außerdem sind dadurch alle diese Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 an einem gemeinsamen Träger 306 befestigt.
Es ist zu sehen, dass dieser Träger 306 ein Element 307 aufweist zur unmittelbaren bauwerkseitigen Befestigung des Trägers 306.
In der Darstellung der Figur 3 ist bei einem der Kontaktelemente der Kontaktelementanordnung 301 das Andrückelement 308 zu sehen. Bei den anderen Kontaktelementen sind die Andrückelemente in der Darstellung der Figur 3 durch die Klemmfedern verdeckt.
In der perspektivischen Darstellung der Figur 4 ist zu einem der Kontaktelemente der Kontaktelementanordnung 305 das Andrückelement 401 zu sehen.
Die Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 sind in der Darstellung der Figuren 3 und 4 galvanisch voneinander getrennt, indem diese mit einem bestimmten Abstand auf dem Träger 306 montiert sind. Die galvanische Trennung kann auch im Brandfall noch sicherer ausgestaltet werden, indem zwischen die Montageplätze der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 jeweils senkrechte Trennwände angebracht werden, die ebenfalls aus dem anorganischen, nichtleitenden Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C bestehen.
Die Darstellungen der Figuren 3 und 4 zeigen die Teile, die für die Sicherstellung der elektrischen Kontaktierung auch im Brandfall wesentlich sind. Es ist auch ohne besondere Darstellung ersichtlich, dass jeweils ein Gehäuse vorgesehen sein kann zur Abdeckung jeder der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305. Diese Gehäuse weisen jeweils für jedes der Kontaktelemente eine Einführungsöffnung für das Einführen einer Ader eines Kabels auf sowie ggf. noch eine Öffnung zum Einführen eines Werkzeugs zum Vorspannen der Klemmfeder.
Beim Einführen der Ader wird die Feder automatisch geöffnet. Wenn eine Ader wieder herausgezogen werden soll, muss die Klemmfeder vorgespannt werden, weil andernfalls die Ader durch die Klemmfeder mechanisch festgehalten wird. In der Darstellung der Figuren 3 und 4 werden die Widerlager der Andrückelemente und die Gegenlager der Klemmfedern in den Kontaktelementen nicht durch den Träger 306 abgestützt.
Es hat sich gezeigt, dass das metallische Bauteil der Kontaktelementanordnungen 301 , 302, 303, 304, 305 bereits für sich allein eine gute Formstabilität auch bei hohen Temperaturen aufweist.
Figur 5 zeigt eine alternative Gestaltung eines Trägers 506 zur Anbringung mehrerer Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505, die galvanisch voneinander getrennt sind.
Bei einem der Kontaktelemente der Kontaktelementanordnung 501 ist das Andrückelement 512 zu sehen. Die anderen Andrückelemente sind wieder verdeckt und deswegen in der Darstellung der Figur 5 nicht zu sehen.
Es ist zu sehen, dass sich von dem Träger 506 zu jeder der Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505 ein Teil 507, 508, 509, 510, 511 nach oben erstreckt. Diese Teile 507, 508, 509, 510, 511 sind jeweils so geformt, dass sie das Widerlager der Andrückelemente der Kontaktelemente der Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505 abstützen.
Die Ausgestaltung jedes der Teile 507, 508, 509, 510, 511 für jede der Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505 hat gegenüber einem durchgehenden gemeinsamen Teil für alle Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505 den Vorteil, dass dann leichter Kunststoffgehäuse über jede der Kontaktelementanordnungen 501 , 502, 503, 504, 505 gestülpt werden können zur Abdeckung der metallischen Teile im "Normalbetrieb" ohne einen Brandfall.
Die Darstellung der Figur 5 entspricht damit der Ausführungsform, die im Zusammenhang der Figur 2 erläutert ist hinsichtlich des Bauteils 203 mit den weiterhin daran angebrachten Bereichen 205 und 206. Der Bereich 204 des Bauteils 203 ist in der Darstellung der Figur 5 nicht ausdrücklich ausgeführt, kann aber auch vorgesehen werden.
In der Figur ebenfalls nicht ausdrücklich dargestellt ist der Teil des Trägers 506, der zur unmittelbaren Befestigung dieses Trägers 506 an der Wand oder der Decke vorgesehen ist.
Figur 6 zeigt eine Kontaktelementanordnung 601 mit zwei Kontaktelementen 602 in einer Schnittdarstellung. Dabei weist jedes Kontaktelement 602 eine Klemmfeder 603 auf, die in einem beispielsweise für beide Kontaktelemente 602 gemeinsamen Bauteil 604 aufgenommen ist. Ein in der dargestellten Ausführungsform im Querschnitt etwa U-förmiger Kupferträger 605 bildet mit jedem seiner Schenkel eine Kontaktfläche 606. Ein Andrückelement 607, das im Wesentlichen den in Bezug auf Figur 1 erläuterten Aufbau und die gleiche Funktion aufweist, ist für jedes Kontaktelement 602 vorgesehen und im Bauteil 604 aufgenommen.
In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform der Figur 6 ist in jeder Klemmfeder 603 eine Öffnung 608 vorgesehen durch die die Ader eines Kabels 609 gesteckt werden kann. Die Klemmfeder 603 ist dabei so vorgespannt dass ein Rand der Öffnung in Richtung zu der jeweiligen Kontaktfläche 606 gedrängt wird. Mit anderen Worten kann die Öffnung der Klemmfeder 603 beispielsweise mittels eines Werkzeugs gegen die Federkraft in eine Position gebracht werden, in der die Ader des Kabels 609 durch die Öffnung gesteckt werden kann. Wird die Klemmfeder 603 dann freigegeben, zieht bzw. drückt dies Klemmfeder 603 die Ader gegen die Kontaktfläche 606.
Eine weitere Ausführungsform ist in Figur 7 gezeigt. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der Figur 2, wobei in Figur 7 das Kontaktelement 701 ein im gezeigten Querschnitt etwa U-förmiges Bauteil 702 aufweist, an dessen einem Schenkel sich eine Klemmfeder 703 sowie ein Andrückelement 704, das im Wesentlichen den in Bezug auf Figur 1 erläuterten Aufbau und die gleiche Funktion hat, abstützt, während sich an dem gegenüberliegenden Schenkel die Kontaktfläche 705 abstützt. Die Kontaktelementanordnungen können dabei - für alle Ausführungsformen dieses Schutzrechts - auch ein gemeinsames Andrückelement für alle Kontaktelemente dieser Kontaktelementanordnung aufweisen.
Soweit im Zusammenhang mit diesem Schutzrecht das Material als "nichtleitendes, anorganisches Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C bezeichnet ist, kann dieses nichtleitende, anorganische Material aus Keramik, Tonerde oder Silikat oder aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren dieser Materialien bestehen.

Claims

Ansprüche Kontaktelement (102) für elektrische Leiter, wobei das Kontaktelement (102) eine Klemmfeder (103) aufweist, wobei das Kontaktelement (102) ein Gegenlager (106) aufweist, wobei die Klemmfeder (103) derart angeordnet und ausgebildet ist, einen elektrischen Leiter federelastisch gegen das Gegenlager (106) zu drücken, wobei die Klemmfeder (103) entgegen ihrer Federkraft in eine Stellung bewegbar ist, in der eine Einführungsöffnung zwischen dem Gegenlager (106) und der Klemmfeder (103) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (102) weiterhin ein Andrückelement (107; 308; 401 ;
512) aufweist, das infolge einer Ausdehnung intumeszierenden Materials (112) bei einer Temperatur oberhalb von 250° C gegen die Klemmfeder (103) und/oder gegen das Gegenlager (106) drückt. Kontaktelement (102) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Andrückelement (107; 308; 401 ; 512) ein kolbenartiges Bauteil (109) sowie ein Gehäuse (108) aufweist, wobei das kolbenartige Bauteil (109) in dem ansonsten geschlossenen Gehäuse (108) derart beweglich gelagert ist, dass das kolbenartige Bauteil (109) in einer Linearbewegung (110) aus dem geschlossenen Gehäuse (108) heraus bewegbar ist, wobei das intumeszierende Material (112) innerhalb (111 ) des Gehäuses (108) angeordnet ist, wobei das kolbenartige Bauteil (109) durch eine Ausdehnung des intumeszierenden Materials (112) aus dem Gehäuse (108) herausgedrückt wird (110), und dass das geschlossene Gehäuse (108) oder das kolbenartige Bauteil (109) derart befestigt und gelagert ist (105; 206; 507, 508, 509, 510, 511 ), dass die Befestigung und Lagerung des geschlossenen Gehäuses (108) bzw. des kolbenartigen Bauteils (109) ein Widerlager bildet zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses (108) bzw. des kolbenartigen Bauteils (109) bei der Ausdehnung des intumeszierenden Materials (112). Kontaktelement (202) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (103; 703) und das Gegenlager (106; 705) an einem Bauteil (203; 306; 506; 702) befestigt sind, dass das Bauteil (203; 306; 506; 702) Bestandteil des Kontaktelements (202) ist, dass das Bauteil (203; 306, 506; 702) aus einem nichtleitenden, anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C besteht und dass das Bauteil (203; 306, 506; 702) unmittelbar bauwerkseitig befestigbar ist. Kontaktelement (202) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (203; 306; 506) aus dem nichtleitenden, anorganischen Material aus Keramik, Tonerde oder Silikat besteht oder aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren dieser Materialien. Kontaktelement (202) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (203, 205, 206, 207; 506, 507, 508, 509, 510, 511 ) so geformt ist, dass das Widerlager zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses (108) durch das Bauteil (203, 205, 206, 207; 506, 507, 508, 509, 510, 511 ) abgestützt ist. Kontaktelement (202) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (202) ein weiteres Bauteil aufweist, das von dem Bauteil (203; 306; 506) getrennt ist, an dem die Klemmfeder (103) und das Gegenlager (106) der Klemmfeder (103) befestigt sind, dass das Widerlager zur Abstützung des geschlossenen Gehäuses (108) durch das weitere Bauteil abgestützt wird und dass auch das weitere Bauteil unmittelbar bauwerkseitig befestigbar ist. Kontaktelement (202) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (203) so geformt ist (204), dass das Gegenlager (106) der Klemmfeder (103) durch das Bauteil (203) abgestützt ist. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (603) eine Durchgangsöffnung (608) aufweist, wobei die Klemmfeder (603) derart angeordnet und ausgebildet ist, einen durch die Durchgangsöffnung (608) gesteckten Leiter (609) federelastisch gegen das Gegenlager (606) zu drücken, wobei die Klemmfeder (603) entgegen ihrer Federkraft in eine Stellung bewegbar ist, in der eine Einführungsöffnung zwischen dem Gegenlager (606) und dem inneren Rand der Klemmfeder (603) geöffnet ist. Kontaktelementanordnung (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) bestehend aus mehreren Kontaktelementen (102, 202) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (102, 202) jeweils eine Klemmfeder (103) aufweisen, dass die Kontaktelementanordnung (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) ein gemeinsames Gegenlager (106) für die Klemmfedern (103) der Kontaktelemente (102; 202) aufweist. Kontaktelementanordnung (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503,, 505) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelementanordnung (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) ein gemeinsames Andrückelement (107; 308, 401 ; 512) für die Kontaktelemente (102, 202) aufweist. Kontaktelementanordnung (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) nach Anspruch 9 oder 10 mit Kontaktelementen (102; 202) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontaktelementanordnung ein gemeinsames Bauteil (306; 506) vorhanden ist, das aus einem nichtleitenden, anorganischen Material mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C besteht, dass das gemeinsame Bauteil (306; 506) unmittelbar bauwerkseitig befestigbar ist und dass dieses gemeinsame Bauteil (306; 506) das Bauteil (203) für jedes der Kontaktelemente (102; 202) ist. Träger (306; 506) für mehrere Kontaktelementanordnungen (101 ; 201 ; 301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) nach den Ansprüchen 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (306; 506) aus nichtleitendem, anorganischem Material besteht mit einem Schmelzpunkt > 1.000 °C und dass der Träger (306; 506) mehrere Montageplätze aufweist zur Montage mehrerer galvanisch voneinander getrennter Kontaktelementanordnungen (301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) derart, dass der Träger (306; 506) das gemeinsame Bauteil (206; 506) jeder der Kontaktelementanordnungen (301 , 302, 303, 304, 305; 501 , 502, 503, 504, 505) ist.
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