EP3121903B1 - Anordnung mit einem verbinder für mindestens ein elektrisches kabel - Google Patents

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EP3121903B1
EP3121903B1 EP15306210.4A EP15306210A EP3121903B1 EP 3121903 B1 EP3121903 B1 EP 3121903B1 EP 15306210 A EP15306210 A EP 15306210A EP 3121903 B1 EP3121903 B1 EP 3121903B1
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clamping
clamping screws
electrical
connector
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Nexans SA
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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
    • H01R4/30—Clamped connections, spring connections utilising a screw or nut clamping member
    • H01R4/36—Conductive members located under tip of screw

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a connector for at least one electrical cable which, according to claim 1, has an electrical conductor surrounded by a sheath.
  • the words "high number of individual wires” means in the context of the invention that the conductor has at least 100 individual conductors stranded or twisted with one another.
  • An arrangement described at the beginning has been known in various designs for years and is available on the market.
  • the connectors used can be designed as tubes for connecting two electrical cables through. To connect only one electrical cable, they can also be closed on one end face and have an outwardly protruding contact element there.
  • the known arrangements differ essentially in the structure and the arrangement of the clamping screws, which in most cases are designed as shear screws.
  • the contact pressure with which a clamping screw presses against an electrical conductor in the assembled state should be as large as possible and be maintained over the long term so that a stable electrical connection between the electrical conductors of cables, especially power cables, can be guaranteed over the entire required service life.
  • a clamping screw which can be screwed into a threaded hole of a metal body.
  • the metal body has a receiving space for receiving a multi-wire electrical conductor.
  • the conductor can be clamped in the assembly position using the clamping screw.
  • the tip of the clamping screw is conical, at an angle of about 30 °.
  • the cone is rounded slightly blunt at its end with a small radius.
  • Two holes are made on the side of the metal body, into which the individual wires of the conductor pushed apart by the clamping screw can escape.
  • the connector has a metallic clamping body designed as a tubular piece, which has at least two threaded through holes in its wall for receiving clamping screws.
  • a ball is attached in one on the end face of the clamping screw, which is intended to rest on the respective electrical conductor. It is arranged in the recess, separated from its wall by a gap that secures its mobility, so that it can be rotated in all directions and in the working position protrudes beyond the end face of the clamping screw.
  • This special clamping screw prevents damage to the surface of the conductor.
  • the invention is based on the object of designing the arrangement described above in such a way that even flexible electrical conductors with a large number of individual wires can be safely and completely contacted.
  • the two clamping screws which are arranged in the two through holes of the connector, the axes of which are V-shaped to one another, act on the same side of a conductor located in the clamping body on the same area of the same. When they are rotated with sufficient force, they penetrate the conductor, pressing the individual wires compactly together and also against the wall of the clamping body on the side opposite the through holes. It is sufficient for the required electrical contact of all individual wires of the conductor if the two mentioned clamping screws are screwed sufficiently tightly into the clamping body. No additional clamping screws are required on the side of the clamping body opposite these two clamping screws. In addition, the individual wires of the conductor are only pressed together by the two clamping screws without being damaged or even destroyed. This is ensured by the rounding of the tip of the clamping screws, which are advantageously rounded with a radius of 0.28 x D, where D is the diameter of the threaded part of the clamping screws.
  • the arrangement is used with particular advantage for flexible electrical conductors whose individual conductors consist of aluminum or an aluminum alloy.
  • a conductor has, for example, about 1400 individual wires with a cross section of 400 mm 2 . Due to the terminal screws rounded at their tips, this large number of individual wires is only sufficiently compressed for an effective electrical connection.
  • a thin oxide layer surrounding the wires made of aluminum or an aluminum alloy is broken open by the clamping screws with plastic deformation, so that the electrically effective passage of the conductor results in its entire cross section.
  • the oxide layers of the individual wires can have a maximum thickness of 10 nm.
  • Figs. 1 and 2 show only very generally two different connectors for two electrical cables on the one hand and for one electrical cable on the other.
  • Fig. 1 schematically shows a connector for two electrical cables 1 and 2, which can be power cables. It has a clamping body 3, which consists for example of a tin-plated aluminum alloy and is designed as a tube.
  • the clamping body 3 has two threaded bores, in each of which a clamping screw 4 provided with an external thread is arranged.
  • the electrical conductors 5 and 6 of the two electrical cables 1 and 2 protrude into the clamping body 3 from two different sides.
  • the conductors 5 and 6 are fixed in the assembly position by the clamping screws 4 in the clamping body 3 and are thereby connected to one another in an electrically conductive manner.
  • they are designed as multi-wire conductors and consist, for example, of aluminum or copper.
  • the same has instead of the tube 3 a tubular clamping body 7 which is closed at one end face.
  • An electrical contact element 8 protrudes from this end face and is used for connection to an electrical device. Accordingly, only the conductor 6 of the cable 2 is inserted into the clamping body 7 and is fixed by the clamping screw 4.
  • the clamping body 3 is shown in section. However, it could also be the clamping body 7.
  • the electrical conductor 6 is arranged in the clamping body 3 and is fixed by the two clamping screws 4.
  • the conductor 6 advantageously consists of a large number of individual wires made of aluminum or an aluminum alloy, which are stranded with one another or, in general, forfeited.
  • the individual wires could, for example, also consist of copper or another material with good electrical conductivity. It's supposed to be a high number be at least 300 individual wires.
  • the conductor 6 has approximately 1400 individual wires and an electrically effective cross section of approximately 400 mm 2 . This embodiment of the conductor 6 basically also applies to the conductor 5.
  • the two clamping screws 4 provided with an external thread are screwed into through holes 9 and 10 of the clamping body 3, which are equipped with a thread.
  • the axes A1 and A2 of the two through holes 9 and 10 run in a V-shape to one another at an angle ⁇ which can be between 100 ° and 180 °.
  • the angle ⁇ is advantageously 120 °.
  • the two clamping screws 4 are shown in the drawings as shear screws. You have according to Fig. 6 a rounded tip 11, with which they rest on the conductor 6 in the assembly position.
  • the tip 11 of the clamping screws 4 has a flat side running transversely to the axial direction on its end face and it is rounded all around with a radius R in the transition area from the flat side to the threaded part, which can be between 0.15 x D and 0.5 x D.
  • D is the diameter of the threaded part of the clamping screws 4.
  • the radius R with which the tip 11 of the clamping screws 4 is rounded is advantageously 0.28 x D.
  • the clamping screws 4 are rotated about their axis. In doing so, they penetrate the conductor 6 and press the individual wires of the same together, namely because of their inclined course relative to one another in the same area of the conductor 6. The individual wires are only compressed and not damaged because of the rounded tips 11 of the clamping screws 4. Only the oxide layers that surround the individual wires are broken open.
  • the final position of the clamping screws 4 goes from the Figures 4 and 5 out, according to Fig. 5 the upper part of the clamping screws 4 has sheared off.

Landscapes

  • Connections By Means Of Piercing Elements, Nuts, Or Screws (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Verbinder für mindestens ein elektrisches Kabel, das gemäß dem Patentanspruch 1 einen von einem Mantel umgebenen elektrischen Leiter aufweist.
  • Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der US 2004/0152370 A1 beschrieben.
  • Die Worte "hohe Anzahl von Einzeldrähten" bedeutet im Sinne der Erfindung, daß der Leiter mindestens 100 miteinander verseilte bzw. verdrehte Einzelleiter hat. Eine eingangs beschriebene Anordnung ist in unterschiedlichen Ausführungen seit Jahren bekannt und auf dem Markt erhältlich. Die eingesetzten Verbinder können zum Durchverbinden von zwei elektrischen Kabeln als Rohre ausgeführt sein. Sie können zum Anschließen nur eines elektrischen Kabels auch an einer Stirnseite verschlossen sein und dort ein nach außen abstehendes Kontaktelement aufweisen. Die bekannten Anordnungen unterscheiden sich im wesentlichen durch den Aufbau und die Anordnung der Klemmschrauben, welche in den meisten Fällen als Abscherschrauben ausgeführt sind. Der Kontaktdruck, mit welchem eine Klemmschraube im Montagezustand gegen einen elektrischen Leiter drückt, soll möglichst groß sein und auf Dauer erhalten bleiben, damit eine stabile elektrische Verbindung der elektrischen Leiter von Kabeln, insbesondere von Energiekabeln, während der gesamten geforderten Lebensdauer gewährleistet werden kann.
  • Bei mehrdrähtigen Leitern kommt hinzu, dass die Einzeldrähte derselben beim durch das Anziehen der Klemmschraube bewirkten Verdichten aneinander reiben. Das führt dazu, daß im Innern des Leiters ein geringerer Druck erzeugt wird, als an der Oberfläche desselben. Bei der Verbindung von mehrdrähtigen Leitern mit großem Querschnitt bzw. bei segmentierten Leitern, sogenannten "Milliken Leitern", kann das zu Problemen führen. Wenn der Kontakt der Einzeldrähte im Innern des Leiters unzureichend ist, kommt es zu einer überdurchschnittlichen Erwärmung in der Verbindungsstelle. Bei Leitern aus Aluminium kann die Erwärmung zu verstärktem Fließen des Materials führen und dadurch schon nach kurzer Zeit zu einem Rückgang des Kontaktdrucks. Die elektrische Verbindung zwischen den Klemmschrauben und den Leitern bzw. zwischen den Leitern und dem Klemmkörper ist dann relativ schnell unbrauchbar.
  • Aus der US 6,338,658 B1 ist eine Klemmschraube bekannt, die in ein Gewindeloch eines Metallkörpers eingeschraubt werden kann. Der Metallkörper hat einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines mehrdrähtigen elektrischen Leiters. Der Leiter kann in Montageposition mittels der Klemmschraube festgeklemmt werden. Die Spitze der Klemmschraube verläuft konisch, und zwar unter einem Winkel von etwa 30°. Der Konus ist an seinem Ende mit einem kleinen Radius leicht stumpf abgerundet. In dem Metallkörper sind seitlich zwei Löcher angebracht, in welche die durch die Klemmschraube auseinander gedrückten Einzeldrähte des Leiters ausweichen können.
  • Aus der EP 2 148 392 A1 geht eine Anordnung mit einem Verbinder zum Befestigen von flexiblen elektrischen Leitern zweier Kabel hervor. Der Verbinder hat einen als Rohrstück ausgeführten metallischen Klemmkörper, welcher in seiner Wandung mindestens zwei mit einem Gewinde versehene Durchgangslöcher zur Aufnahme von Klemmschrauben aufweist. In einer an der Stirnseite der Klemmschraube, welche zur Anlage am jeweiligen elektrischen Leiter bestimmt ist, ist in einer Ausnehmung eine Kugel angebracht. Sie ist in der Ausnehmung durch einen ihre Bewegbarkeit sichernden Spalt von deren Wandung getrennt in allen Richtungen drehbar angeordnet und ragt in Arbeitsposition über die Stirnseite der Klemmschraube hinaus. Eine Beschädigung der Oberfläche des Leiters ist durch den Einsatz dieser speziellen Klemmschraube ausgeschlossen.
  • In der eingangs erwähnten US 2004/0152370 A1 ist ein Klemmkörper mit Gewindelöchern beschrieben, in welche Klemmschrauben zur Festlegung eines elektrischen Leiters eingeschraubt werden können. An einer Position des Klemmkörpers sind zwei Klemmschrauben so angeordnet, dass ihre Achsen unter einem spitzen Winkel zueinander verlaufen. Die Klemmschrauben sind transversal zueinander versetzt und sie können auch in axialer Richtung versetzt sein. Durch diese Anordnung der
  • Klemmschrauben kann ein besserer elektrischer und mechanischer Kontakt erzielt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so zu gestalten, dass auch flexible elektrische Leiter mit einer hohen Anzahl von Einzeldrähten sicher und vollständig kontaktiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend der Gesamtheit der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei dieser Anordnung wirken die beiden Klemmschrauben, welche in den beiden Durchgangslöchern des Verbinders angeordnet sind, deren Achse V-förmig zueinander verlaufen, auf der gleichen Seite eines im Klemmkörper befindlichen Leiters auf den gleichen Bereich desselben. Sie dringen bei ihrer mit ausreichender Kraft durchgeführten Drehung in den Leiter ein, drücken dabei die Einzeldrähte kompakt zusammen und auch gegen die Wandung des Klemmkörpers auf dessen den Durchgangslöchern gegenüberliegender Seite. Es reicht dabei für den erforderlichen elektrischen Kontakt aller Einzeldrähte des Leiters aus, wenn die beiden erwähnten Klemmschrauben ausreichend fest in den Klemmkörper eingeschraubt werden. Auf der diesen beiden Klemmschrauben gegenüberliegenden Seite des Klemmkörpers sind keine zusätzlichen Klemmschrauben erforderlich. Hinzu kommt, daß die Einzeldrähte des Leiters durch die beiden Klemmschrauben nur zusammengedrückt werden, ohne daß sie beschädigt oder sogar zerstört werden. Das ist durch die Abrundung der Spitze der Klemmschrauben sichergestellt, die mit Vorteil mit einem Radius von 0,28 x D abgerundet sind, wobei D der Durchmesser des Gewindeteils der Klemmschrauben ist.
  • Mit besonderem Vorteil wird die Anordnung für flexible elektrische Leiter eingesetzt, deren Einzelleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Ein solcher Leiter hat beispielsweise bei einem Querschnitt von 400 mm2 etwa 1400 Einzeldrähte. Durch die an ihrer Spitze abgerundeten Klemmschrauben wird auch diese hohe Anzahl von Einzeldrähten für eine wirksame elektrische Verbindung nur ausreichend zusammengedrückt. Eine die Drähte aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung umgebende dünne Oxidschicht wird durch die Klemmschrauben mit plastischer Verformung aufgebrochen, so daß sich der elektrisch wirksame Durchgang des Leiters in seinem gesamten Querschnitt ergibt. Die Oxidschichten der Einzeldrähte können eine Dicke von maximal 10 nm haben.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 und 2 rein schematisch zwei unterschiedliche Klemmkörper für eine Anordnung nach der Erfindung.
    • Fig. 3 bis 5 Schnittbilder durch einen in der Anordnung nach der Erfindung verwendbaren Verbinder.
    • Fig. 6 eine Klemmschraube.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen nur ganz allgemein zwei unterschiedliche Verbinder für zwei elektrische Kabel einerseits und für ein elektrisches Kabel andererseits. In diesem Sinne ist in Fig. 1 schematisch ein Verbinder für zwei elektrische Kabel 1 und 2 dargestellt, bei denen es sich um Energiekabel handeln kann. Er hat einen beispielsweise aus einer verzinnten Aluminiumlegierung bestehenden, als Rohr ausgeführten Klemmkörper 3. Der Klemmkörper 3 hat zwei Gewindebohrungen, in denen jeweils eine mit einem Außengewinde versehene Klemmschraube 4 angeordnet ist. In den Klemmkörper 3 ragen von zwei unterschiedlichen Seiten her die elektrischen Leiter 5 und 6 der beiden elektrischen Kabel 1 und 2 hinein. Die Leiter 5 und 6 sind in Montageposition durch die Klemmschrauben 4 in dem Klemmkörper 3 festgelegt und dadurch elektrisch leitend miteinander verbunden. Sie sind in bevorzugter Ausführungsform als mehrdrähtige Leiter ausgeführt und bestehen beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer.
  • Bei der Ausführungsform des Verbinders nach Fig. 2 hat derselbe statt des Rohres 3 einen rohrartigen Klemmkörper 7, der an einer Stirnseite verschlossen ist. Von dieser Stirnseite steht ein elektrisches Kontaktelement 8 ab, welches zum Anschluß an ein elektrisches Gerät dient. In den Klemmkörper 7 ist dementsprechend nur der Leiter 6 des Kabels 2 eingeführt und durch die Klemmschraube 4 festgelegt.
  • In den Fig. 3 bis 5 ist nur der Klemmkörper 3 im Schnitt dargestellt. Es könnte sich aber auch um den Klemmkörper 7 handeln. In dem Klemmkörper 3 ist der elektrische Leiter 6 angeordnet und durch die beiden Klemmschrauben 4 festgelegt.
  • Der Leiter 6 besteht mit Vorteil aus einer hohen Anzahl von Einzeldrähten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die miteinander verseilt bzw. allgemein ausgedrückt verwirkt sind. Die Einzeldrähte könnten beispielsweise auch aus Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitenden Material bestehen. Es sollen als hohe Anzahl mindestens 300 Einzeldrähte sein. In bevorzugter Ausführungsform hat der Leiter 6 etwa 1400 Einzeldrähte und einen elektrisch wirksamen Querschnitt von etwa 400 mm2. Diese Ausführung des Leiters 6 gilt grundsätzlich auch für den Leiter 5.
  • Die beiden mit einem Außengewinde versehenen Klemmschrauben 4 sind in Durchgangslöcher 9 und 10 des Klemmkörpers 3 eingeschraubt, die mit einem Gewinde ausgerüstet sind. Die Achsen A1 und A2 der beiden Durchgangslöcher 9 und 10 verlaufen V-förmig zueinander unter einem Winkel α, der zwischen 100° und 180° liegen kann. Der Winkel α liegt mit Vorteil bei 120°.
  • Die beiden Klemmschrauben 4 sind in den Zeichnungen als Abscherschrauben dargestellt. Sie haben gemäß Fig. 6 eine abgerundete Spitze 11, mit der sie in Montageposition am Leiter 6 anliegen. Die Spitze 11 der Klemmschrauben 4 hat an ihrer Stirnseite eine quer zur Achsrichtung verlaufende Flachseite und sie ist im Übergangsbereich von der Flachseite zum Gewindeteil rundum mit einem Radius R abgerundet, der zwischen 0,15 x D und 0,5 x D liegen kann. Dabei ist D der Durchmesser des Gewindeteils der Klemmschrauben 4. Der Radius R mit dem die Spitze 11 der Klemmschrauben 4 abgerundet ist, liegt mit Vorteil bei 0,28 x D.
  • Für die endgültige Festlegung des Leiters 6 im Klemmkörper 3 werden die Klemmschrauben 4 um ihre Achse gedreht. Dabei dringen sie in den Leiter 6 ein und drücken die Einzeldrähte desselben zusammen, und zwar wegen ihres schrägen Verlaufs relativ zueinander im gleichen Bereich des Leiters 6. Dabei werden die Einzeldrähte nur zusammengedrückt und wegen der abgerundeten Spitzen 11 der Klemmschrauben 4 nicht beschädigt. Es werden lediglich Oxidschichten aufgebrochen, welche die Einzeldrähte umgeben. Die endgültige Position der Klemmschrauben 4 geht aus den Fig. 4 und 5 hervor, wobei gemäß Fig. 5 der obere Teil der Klemmschrauben 4 abgeschert ist.

Claims (5)

  1. Anordnung mit einem Verbinder für mindestens ein elektrisches Kabel, das einen von einem Mantel umgebenen, elektrischen Leiter (5,6) aufweist, der eine hohe Anzahl von Einzeldrähten hat, bei welcher der Verbinder einen aus Metall bestehenden rohrartigen Klemmkörper (3,7) zur Aufnahme des Leiters (5,6) des Kabels aufweist, in dessen Wandung an mindestens einer Position zwei mit Gewinde versehene, zusammenwirkende Durchgangslöcher (9,10) angebracht sind, deren Achsen V-förmig unter einem Winkel (α) zueinander verlaufen, der zwischen 100° und 180° liegt, in denen den Leiter (5,6) in Montagestellung festklemmende Klemmschrauben (4) angebracht sind, bei welcher
    - die Achsen der beiden in Montageposition in die beiden Durchgangslöcher (9,10) eingeschraubten Klemmschrauben (4) ebenfalls V-förmig zueinander verlaufen, wobei sie auf der gleichen Seite des im Klemmkörper (3,7) befindlichen Leiters (5,6) auf den gleichen Bereich desselben einwirken,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Einzeldrähte des Leiters (5,6) durch die beiden auf den gleichen Bereich desselben einwirkenden Klemmschrauben (4) in Montageposition kompakt zusammengedrückt sind und auch gegen die Wandung des Klemmkörpers (3,7) auf dessen den Durchgangslöchern (9,10) gegenüberliegender Seite gedrückt sind und
    - dass jede der beiden Klemmschrauben (4) an der Stirnseite eine quer zur Achsrichtung der Klemmschrauben (4) verlaufende Flachseite hat und im Übergangsbereich von der Flachseite zum Gewindeteil der Klemmschrauben (4) rundum mit einem Radius abgerundet ist, der zwischen 0,15 x D und 0,5 x D liegt, mit dem Durchmesser D des Gewindeteils der Klemmschrauben (4).
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a), den die Achsen der beiden Durchgangslöcher (9,10) einschließen, 120° beträgt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Abrundung der Spitzen (11) der beiden Klemmschrauben (4) 0,28 x D beträgt.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (3) zum Verbinden von zwei elektrischen Kabeln (1,2) als Rohr ausgeführt ist.
  5. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Verbinder für mindestens ein elektrisches Kabel mit einer hohen Anzahl von aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Einzeldrähten.
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