EP4270663A1 - Erdungseinrichtung, erdungseinheit, kontakteinsatz sowie elektrischer steckverbinder und verfahren zur herstellung eines kontakteinsatzes - Google Patents

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EP4270663A1
EP4270663A1 EP23165378.3A EP23165378A EP4270663A1 EP 4270663 A1 EP4270663 A1 EP 4270663A1 EP 23165378 A EP23165378 A EP 23165378A EP 4270663 A1 EP4270663 A1 EP 4270663A1
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EP
European Patent Office
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contact
insulating body
grounding device
grounding
insert
Prior art date
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Pending
Application number
EP23165378.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Wolter
Matthias Jürgen Kassner
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FRANZ BINDER GmbH AND CO ELEKTRISCHE BAUELEMENTE KG
Original Assignee
FRANZ BINDER GmbH AND CO ELEKTRISCHE BAUELEMENTE KG
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Publication date
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Priority to CN202310458920.7A priority patent/CN116960694A/zh
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    • H01R24/86—Parallel contacts arranged about a common axis

Definitions

  • the invention relates to a grounding device, in particular for a contact insert.
  • the invention further relates to a grounding unit as well as a contact insert and an electrical connector.
  • the invention further relates to a method for producing a contact insert.
  • the DE 10 2018 105 770 B4 The underlying task is to produce a continuous metallic connection between the preferably centrally arranged PE contact (protective contact) and the housing by means of one or more, usually resilient, contact elements.
  • This connection is realized by a separate contact element enclosing the PE contact in a non-positive manner.
  • Contact with the metal housing is made via spring arms.
  • the connection arrangement is pushed axially into corresponding gaps and openings until the contact formation snaps into the openings of the one-piece insulating body.
  • connection arrangement which is already complex to produce, has to be inserted deep into the monolithic contact body, so that the contact surfaces of the spring arms can contact the metal housing through a breakthrough in the contact body.
  • This constructive solution requires that gaps and openings must be made in the one-piece contact body. This requires a slide tool, which is correspondingly complex and expensive.
  • a key point in connectors is the individual design of pin patterns as well as the contact density and scalability/miniaturization.
  • the gaps required to accommodate the connection arrangement reduce the available space in the pole pattern.
  • High-pole or miniaturized connectors cannot be implemented in this way because the pole pattern is always crossed by these gaps.
  • the desired pole configuration that can be realized is always a compromise between the available space and the feasibility of the connection arrangement.
  • connection arrangement must also meet the required current carrying capacity.
  • One parameter for this is to adjust the material thickness. In the known design, this makes it even more difficult to produce them. Mountability also becomes even more difficult due to more rigid spring arms and the gaps for receiving the connection arrangement are wider, which leads to larger outside diameters rather than smaller ones.
  • the connection arrangement only has two contact points to the metal housing, which in itself limits the current carrying capacity. In addition, the contact points are concave. The resulting rather small overall contact area increases the so-called narrow resistance and this leads to a correspondingly large amount of heating at the contact point in the current-carrying conductor. It is to be expected that the known construction is unsuitable for higher fault currents for this reason alone.
  • the problem here is the dependence of the protective conductor contact point on the preload caused by the spring arms of the connection arrangement. If the preload of the spring arms decreases, the normal contact force of the connecting tongues will also decrease, which leads to large changes in resistance overall.
  • the production of the insulating body is also only possible with a slide tool, the disadvantages of which have already been described above.
  • the design is designed so that the leaf springs dip laterally. This has the disadvantage that, due to the space required by the receiving pocket, the wall thicknesses within the insulating body can be thin and the desired pole pattern cannot therefore always be achieved.
  • any PE arrangement in the pole pattern is difficult or often not possible due to the geometry of the leaf springs, i.e. this design only allows PE contacts arranged in the middle. It is also obvious that the assembly is difficult. Automation of assembly can only be achieved with considerable effort and high costs.
  • Another disadvantage in terms of safety and UL approval is that the leaf spring element is positioned by the plastic insulating body. It cannot therefore be ruled out that in the event of a strong residual current the insulating body will soften, which will at least limit the area of application or the function of the protective conductor device.
  • the connecting elements do not enclose the PE contact, but the contact between the connecting element and the PE contact or to the housing is made by blunt contact.
  • the so-called blunt contact of the contact partners is sensitive to oxidation, especially if the contact point is not moved for a long time.
  • the possible oxidation layer usually increases the contact resistance, This in turn leads to increased heating of the contact point in the case of a current-carrying conductor and may lead to damage to connector components.
  • the present invention is therefore based on the object of designing and developing a grounding device, a grounding unit as well as a contact insert and an electrical plug connector in such a way that a reliable function, in particular the discharge of residual currents, is achieved using structurally simple means and therefore cost-effectively, even under harsh conditions. Furthermore, a method for producing such a contact insert should be specified.
  • a grounding device in particular for a contact insert, with a substantially plate-shaped base body made of an electrically conductive material, the base body having at least one passage for a contact, in particular a contact pin, and at least one contact element with a contact surface extending radially outwards having.
  • a robust grounding device can be produced in a particularly simple manner by means of a substantially plate-shaped base body. Due to the at least one passage, reliable contacting with a contact is possible, in particular PE contacting.
  • the contact could be designed as a contact pin.
  • the grounding device can be used in electrical plug connections with or without shielding.
  • the base body and the at least one contact element can be formed in one piece.
  • the structural design of the grounding unit according to the invention allows a high current carrying capacity. Larger line cross-sections can be achieved on the contact surfaces of the contact elements or the base body simply by increasing the material thickness.
  • the base body can be made from a metal.
  • the contact resistance between the contact points of the base body and an electrically conductive housing touching the base body can be minimized by the shape of the contact points, the normal contact force and the galvanic surface used.
  • This can be achieved in an advantageous manner by producing the base body using a laser cutting process, a punching process and/or a punch-bending process.
  • the base body is made from sheet metal.
  • the base body is made of a material that has good spring properties and good electrical conductivity and also has good thermal conductivity for the purpose of optimized heat dissipation of the grounding unit.
  • This can be, for example, a copper alloy, preferably lead-free CuSN6.
  • the use of other materials, such as spring steel, is also generally conceivable.
  • the volume resistance of the contact point between the contact, in particular the PE contact, and the base body can be optimized by creating a preferably cohesive connection there.
  • this connection can be produced inexpensively by resistance or laser welding or soldering.
  • a press fit can also be implemented.
  • a sleeve-like edge or projection can be formed on the passage in a further advantageous manner.
  • the contact element can be designed to be resilient in the radial direction. This has the advantage that a secure electrical connection is achieved with a housing surrounding the grounding device to realize a plug connector. Furthermore, a resilient or flexible design of the contact elements can reduce excessive vibration transmission due to vibration or structure-borne noise due to shock stress.
  • the contact element can have a spring arm with a free end and/or a clip-shaped spring arm.
  • the contact element and the base body can lie in a common plane. This design measure allows a residual current to be safely diverted and is also effective in the event of vibrations and shocks affecting the device Contact security guaranteed.
  • the at least one contact element can therefore be designed to be resilient in the radial direction (for example as a spring arm) and lie in a plane with the base body. A corresponding construction can also be produced in a particularly simple manner.
  • At least two or at least three contact elements can be formed in the circumferential direction of the base body, preferably symmetrically. This avoids contact interruptions, since if there are several contact elements, at least one or more contact elements are in engagement with a housing surrounding the grounding unit.
  • At least two passages can be formed. Furthermore, it is conceivable that a central passage arranged in the middle of the base body and at least three, in particular four or five, further passages arranged radially outside the central passage, preferably symmetrically, are provided.
  • both a PE contact and at least one further contact can be guided through the base body, wherein the PE contact can additionally be electrically connected to the base body.
  • the further signal and/or power contacts can be electrically insulated from the base body.
  • the number of passes can be selected according to the desired pole pattern.
  • a grounding unit is claimed with a grounding device according to one of claims 1 to 4 and at least one contact, in particular a contact pin, arranged in a form-fitting and/or non-positive and/or cohesive manner in and/or on the passage.
  • the contact in particular the contact pin, can serve as a PE contact (protective conductor) or be connected to a protective conductor.
  • the PE cable can be connected to the contact or contact pin via a screw terminal connection, crimp connection and/or insulation displacement connection.
  • the contact can be made of a copper alloy, preferably lead-free CuZn40. This material has the advantage that it can be crimped.
  • the surface of the contact and/or the contact surface is nickel-plated, tin-plated or gold-plated in order to achieve permanently low contact resistances.
  • the contact in particular the PE contact, has a knurl to produce a press fit with the grounding device.
  • the contact, in particular the PE contact can have a second knurling. This enables defined positioning of the contact, especially in the unshielded version. The second knurl ensures contact if no base body is provided. This means that the calculated clearance and creepage distances can be maintained.
  • the contact can be designed in two parts, with a first part being able to be connected to a second part in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-locking manner, preferably screwed.
  • the contact can be arranged in a particularly simple manner with or on the passage of the base body.
  • a contact insert is thus claimed, with a grounding unit according to one of claims 5 to 8, a first insulating body and a second insulating body, the grounding device being accommodated between the first insulating body and the second insulating body, and wherein the contact surface of the at least one contact element protrudes freely.
  • the first insulating body and the second insulating body can have connecting elements designed to be complementary to one another.
  • This can, for example, be at least one contact dome and at least one contact dome recording act, in particular for positive and/or non-positive connection.
  • the outside of the contact dome and the inside of the contact dome receptacle can advantageously be conical, so that they wedge together when the contact dome is pressed into the contact dome receptacle.
  • the arrangement can therefore be assembled in a simple manner.
  • the connecting elements, in particular the contact dome and the contact dome receptacle, or at least a part of the complementary connecting elements can be designed such that it or they extend through one of the passages. It is also conceivable that a signal and/or power contact is surrounded by at least some of the complementary connecting elements in the area of the passage of the base body. This achieves electrical insulation of the signal and/or power contact from the base body of the grounding device.
  • first and/or the second insulating body and/or the base body can have cutouts which serve as ventilation channels. This improves heat dissipation.
  • the connecting elements can be designed to accommodate a signal and/or power contact.
  • the connector according to the invention can be used in harsh environments and is particularly suitable for use in asynchronous and three-phase motors or other alternating current systems. It is conceivable to design the connector according to the invention to transmit voltages up to 630V and currents up to 16A, although larger currents are also conceivable.
  • the connector is also characterized by the fact that it is extremely reliable, powerful and space-saving. Robust mechanical properties are also realized, especially extreme shock and vibration resistance.
  • the grounding unit ensures that any electrical accidents, particularly due to vibration-related loosening of live cables and corresponding insulation faults, are avoided, as even high residual currents are safely dissipated.
  • the grounding unit is a completely self-sufficient assembly.
  • the first and second insulating bodies are not absolutely necessary for residual current dissipation. This has an advantageous effect on both the material selection of the first and second insulating bodies and on the fulfillment of the standards necessary for approval.
  • a connector By providing a connector according to the invention, various variants of electrical accidents can be prevented. If, for example, a fault current reaches the electrically conductive housing due to defective strand insulation on a live line, the fault current flows through the grounding unit and a PE line connected to it. Even if the PE contact of an inserted plug connector is not connected, with the present invention the residual current can advantageously be derived via the grounding unit contacted with the electrically conductive housing and the device grounding. This means that the connector can dissipate residual currents via the device ground even without the PE connection being occupied. Furthermore, another special feature can be realized with the present invention, namely the derivation of particularly large fault currents. Corresponding dangerous damage to the plug connection is prevented by dividing the residual current through the grounding unit.
  • Part of the fault current flows away via the PE line of the connector and the other part can flow away via the protective conductor of the device. Due to the structural design of the grounding unit, a parallel path is created via the coupling sleeve or the locking unit, via which part of the fault current is diverted.
  • the electrically conductive housing can be made of metal, in particular a copper alloy, for example a lead-free alloy such as CuZn40, of a hybrid material, ie plastic and metal, or of a metallized plastic.
  • the housing can advantageously be designed as a locking device or as a coupling sleeve.
  • the locking device or coupling sleeve is electrically contacted with the grounding unit according to the invention, which in turn has the grounding device with the plate-shaped base body and a contact or PE contact.
  • a first PE contact which in turn is electrically connected to the PE line, is electrically connected to the complementary PE contact and to its PE line.
  • This claims a method for producing a contact insert, in particular a contact insert according to one of claims 9 to 11, wherein a first insulating body is introduced into a tool holder, with a grounding device being arranged in the correct position on or in front of the first insulating body in accordance with its pole pattern, whereby a second insulating body is arranged on or in front of the grounding device and the first insulating body and the grounding device and the second insulating body are pressed together.
  • the process sequence according to the invention is characterized by the fact that it can be implemented using simple operating resources.
  • the method could advantageously be carried out manually, for example with the help of a toggle press. This would allow production in the field.
  • the process could also be cost-effectively automated, for example using a simple rotary transfer machine and appropriate feeds.
  • At least one contact in particular a contact pin
  • at least one contact in particular a contact pin, is connected to the grounding device after the first insulating body and the grounding device and the second insulating body are pressed together.
  • the present invention has the advantages that a robust plug connection is provided which has particularly good electrical resistance to aging, i.e. the volume resistance or the permissible volume resistance changes of the components involved are extremely high over the entire service life, even under the most difficult mechanical and climatic conditions small amount.
  • essential customer requirements such as simple and quick assembly in the field, space-saving dimensions and a low price are met.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a perspective view of an exemplary embodiment of a grounding unit 1 according to the invention.
  • the grounding unit 1 comprises a grounding device 2 with a plate-shaped base body 3, which has a plurality of passages 4 and a plurality of contact elements 5, as well as an electrical contact 6.
  • the contact 6 is via a Press fit arranged in the center passage 7 of the base body 3.
  • the contact 6 has a knurl 8 and a projection 9 is formed on the base body 3.
  • the material tips of the knurling 8 are displaced into the recesses, so that preliminary damage caused by crack formation in the cylindrically shaped pressing area on the base body 3 is avoided. This means that higher pressing forces can be achieved, which in turn leads to lower contact resistances.
  • the contact 6 has a screw terminal connection in order to establish a connection with a conductor, in particular a PE conductor.
  • a conductor in particular a PE conductor.
  • other types of connection are also conceivable, for example crimping, a soldered version or a cage clamp version.
  • the contact elements 5 are realized as a spring arm 10, which is designed to be resilient in the radial direction outwards. If a PE conductor is connected to the contact 6, a residual current can be derived to an electrically conductive housing 15 surrounding the grounding unit 1 via the contact surfaces 14 of the electrically conductive base body 3 formed on the contact elements 5.
  • Additional signal and/or power contacts can be routed through the additional passages 4 arranged symmetrically around the center passage 7.
  • the number of passages 4 and the positioning of the contact 6 for the PE conductor in the base body 3 can be selected according to the desired pole pattern.
  • Fig. 2 shows a further exemplary embodiment of a grounding unit 1 according to the invention. This essentially corresponds to the embodiment according to Fig. 1 , so that reference is made to the description above. The main difference is that the contact 6 is cohesively connected to the base body 3. For example, it can be a welded or soldered connection.
  • the base body 3 has a projection 9, which does not necessarily have to be designed. It may be sufficient to weld or solder the contact 6 to the base body 3.
  • Fig. 3 shows a further exemplary embodiment of a grounding unit 1 according to the invention.
  • This essentially corresponds to the embodiment according to Fig. 1 , so that reference is made to the description above.
  • the main difference is that the contact 6 is designed in two parts.
  • the first part 29 has an internal thread into which an external thread of the second part 30 can be screwed, with the first part 29 and the second part 30 each engaging behind one side of the base body 3, so that a mechanical and electrical connection is created. It is also conceivable that the first part 29 has an external thread that can be screwed into an internal thread of the second part 30.
  • Fig. 4 shows a further exemplary embodiment of a grounding unit 1 according to the invention.
  • This essentially corresponds to the embodiment according to Fig. 1 , so that reference is made to the description above.
  • the main difference is that the contact elements 5 are designed as a clamp-shaped, closed spring arm 10.
  • This embodiment is characterized by the fact that a particularly high contact force in the radial direction can be permanently achieved. It is conceivable that the contact 6 corresponds to one of the embodiments of Fig. 2 or 3 formed and connected to the base body 3.
  • Fig. 5 shows, in a schematic representation, an exploded perspective view of an exemplary embodiment of a contact insert 13 according to the invention.
  • This has a first insulating body 11 and a second insulating body 12, between which a grounding unit 1 is arranged.
  • the grounding unit 1 corresponds to the exemplary embodiment Fig. 2 , which can be any grounding unit 1 according to the invention, for example according to Fig. 1 , 3 or 4 .
  • contact surfaces 14 of the contact element 5 are not covered in the radial direction, i.e. protrude freely, so that contact with an electrically conductive housing 15, not shown, is possible.
  • complementary connecting elements 20 are formed on the first and second insulating bodies 11, 12, namely contact dome receptacles 21 and contact domes 22. A positive and non-positive connection is thus created when the contact domes 22 are inserted through the passages 4 into the contact dome receptacles 21.
  • the electrical contact 6 serving as PE contact 17 does not necessarily have to be arranged in the center passage 7, but can also be positioned in one of the other passages 4, depending on the desired pole pattern.
  • Fig. 6 shows a further exemplary embodiment of a contact insert 13 according to the invention, which is implemented as a pin insert.
  • This has a first insulating body 11, a second insulating body 12 and a grounding unit 1 arranged between them.
  • a contact 6 serving as a PE contact 17 is arranged in the central passage 7 and is made according to the exemplary embodiment Fig. 1 is connected to the base body 3 via a press fit.
  • This contact 6 can also be connected to the base body 3 in another way, for example according to one of the exemplary embodiments Fig. 2 to 4 .
  • the contact 6 has a second knurl 18 with which it engages the second insulating body 12, so that improved positioning is achieved.
  • a further contact 6 serving as a signal and/or power contact 19 is arranged, which is surrounded by the connecting element 20 of the second insulating body 12 in the area of the passage 4 of the base body 3.
  • this contact 6 is electrically insulated from the base body 3.
  • elevations 23 or contact claws are formed on the contact 6 in the circumferential direction.
  • the insulating bodies 11, 12 are pressed against each other so that the contact domes 22 engage in the contact receiving domes 21 and realize a non-positive or positive connection.
  • cutouts 16 are formed on the second insulating body 12, which allow the heat generated as a result of a fault current to escape or remove the strongly heated air.
  • Fig. 7 shows a further exemplary embodiment of a contact insert 13 according to the invention. This essentially corresponds to the embodiment according to Fig. 6 , so that reference is made to the description above. The main difference is that the contact insert 13 is designed as a socket insert and not as a pin insert and that the PE contact 17 is arranged off-center, whereas the signal and/or power contact 19 runs through the center passage 7 of the base body 3.
  • Fig. 8 shows an exemplary embodiment of an electrical connector 31 according to the invention.
  • This has a contact insert 13 according to Fig. 6 on, which is surrounded by an electrically conductive housing 15 designed as a coupling sleeve 24.
  • the contact surfaces 14 of the contact elements 5 designed as spring arms 10 rest on the coupling sleeve 24, so that there is electrical contact between the coupling sleeve 24 and the PE contact 17 via the base body 3.
  • the coupling sleeve 24 represents a component of a locking unit.
  • the contact point between the base body 3 and the coupling sleeve 24 is thus realized by pressing the spring arms 10 arranged radially on the base body 3.
  • the contact resistance between these components essentially depends on the contact force or shape of the contact surface 14 of the contact element 5.
  • welding these spring arms 10 to the coupling sleeve 24 is basically conceivable.
  • two half-shell-shaped welding cathodes enclose the coupling sleeve 24 and a second one is realized through the PE contacting.
  • Fig. 9 shows two exemplary embodiments of electrical connectors 31 according to the invention.
  • the upper exemplary embodiment describes a pin design
  • the lower exemplary embodiment describes a socket design.
  • the pressure screw 25, the sealing ring 26 and the spacer sleeve 27 are first threaded onto a cable.
  • the cable has already been or is now being stripped, the cores stripped and the strands connected.
  • the spacer sleeve 27 is pushed onto the insulating body and the sealing ring is pressed into the molded clamping basket of the spacer sleeve 27.
  • This pre-assembled assembly is inserted into the locking device 28 or into the coupling sleeve 24. It is important to ensure that the contact insert 13 is pushed as far as it will go. Finally, the pressure screw 25 is screwed on.

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Abstract

Eine Erdungseinrichtung, insbesondere für einen Kontakteinsatz, mit einem im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei der Grundkörper mindestens einen Durchgang für einen Kontakt, insbesondere ein Kontaktstift, und mindestens ein Kontaktelement mit einer sich radial nach außen erstreckenden Kontaktfläche aufweist. Des Weiteren sind eine Erdungseinheit, ein Kontakteinsatz sowie ein elektrischer Steckverbinder angegeben. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakteinsatzes beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Erdungseinrichtung, insbesondere für einen Kontakteinsatz.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Erdungseinheit sowie einen Kontakteinsatz und einen elektrischen Verbinder.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakteinsatzes.
  • Entsprechende Vorrichtungen sind aus der Praxis bekannt und dienen insbesondere zur Ableitung von Fehlerströmen.
  • Der DE 10 2018 105 770 B4 liegt die Aufgabe zugrunde eine durchgehend metallische Verbindung zwischen dem vorzugweise mittig angeordneten PE-Kontakt (Schutzkontakt) und dem Gehäuse mittels einem oder mehreren, meist federnden Kontaktelementen herzustellen. Diese Verbindung wird realisiert, indem ein separates Kontaktelement den PE-Kontakt kraftschlüssig umfasst. Der Kontakt zum Metallgehäuse wird über Federarme hergestellt. Dazu wird die Verbindunganordnung in entsprechende Spalten und Durchbrüche axial hineingeschoben bis die Kontaktausbildung in die Durchbrüche des einstückigen Isolierkörpers einrastet.
  • Diese Lösung impliziert gleich mehrere Nachteile. Augenscheinlich ist die komplizierte Montage der Verbindungsanordnung im Isolierkörper, die nur schwerlich automatisierbar ist. Weiterhin erweist sich als nachteilig, dass die Verbindungsanordung, die an sich schon komplex in der Herstellung ist, tief in den monolithischen Kontaktkörper eingebracht werden muss, so dass die Kontaktflächen der Federarme durch einen Durchbruch des Kontaktkörpers das Metallgehäuse kontaktieren können. Diese konstruktive Lösung setzt voraus, dass Spalte und Durchbrüche im einstückig ausgeführten Kontaktkörper eingebracht werden müssen. Dazu ist ein Schieberwerkzeug erforderlich, was entsprechend komplex und teuer ist.
  • Zur Herstellung der diffizilen Spalten und Durchbrüche im Isolierkörper sind komplizierte Werkzeugeinsätze nötig, die entsprechend empfindlich und teuer in der Herstellung sind. Auch spritztechnisch ist dies eine Herausforderung, da die Spalten recht tief in den Isolierkörper hineinragen. Aufgrund der erforderlichen Fließfähigkeit des benötigten Materials ist die Auswahl bei flammgeschützten Kunststoffen eingeschränkt.
  • Ein wesentlicher Punkt bei Steckverbindern ist die individuelle Gestaltung von Polbildern sowie die Kontaktdichte und die Skalierbarkeit / Miniaturisierung. Die zur Aufnahme der Verbindungsanordnung benötigten Spalten verringern den verfügbaren Platz im Polbild. Hochpolige bzw. miniaturisierte Steckverbinder lassen sich so nicht realisieren, da das Polbild immer durch diese Spalten durchzogen ist. So ist das realisierbare Wunschpolbild immer ein Kompromiss aus den verfügbaren Platzverhältnisse und der Herstellbarkeit der Verbindungsanordnung.
  • Bei gegebener Anordnung ist eine außermittige Platzierung des PE-Kontaktes schwerlich vorstellbar. Auch muss die Verbindungsanordnung die erforderliche Stromtragfähigkeit erfüllen. Ein Parameter dazu ist die Materialdicke anzupassen. Bei der bekannten Ausführung erschwert dies zusätzlich deren Herstellbarkeit. Auch die Montierbarkeit wird durch starrere Federarme noch schwieriger und die Spalten zur Aufnahme der Verbindungsanordnung sind breiter, was eher zu größerem Außendurchmessern führt als zu kleineren. Bei weiterer Betrachtung fällt auf, dass die Verbindungsanordnung nur zwei Kontaktpunkte zum Metallgehäuse aufweist, was an sich schon die Stromtragfähigkeit limitiert. Außerdem sind die Kontaktpunkte konkav ausgeführt. Die daraus resultierende doch recht kleine Gesamtkontaktfläche erhöht den sogenannten Engewiderstand und dies führt im stromdurchflossenen Leiter zu einer entsprechenden großen Erwärmung an der Kontaktstelle. Es ist zu erwarten, dass die bekannte Konstruktion schon allein aus diesem Grund für höhere Fehlerströme ungeeignet ist.
  • Alle Kontaktstellen der bekannten Schutzleitereinrichtung basieren auf kraftschlüssigen Verbindungen. Im Falle höherer Fehlerströme führt dies zu einer zusätzlichen Erwärmung, was Beschädigungen in der Steckverbindung wahrscheinlicher macht. Extrem wichtig ist jedoch die Kontaktsicherheit auch nach langen Standzeiten, insbesondere die minimalen Veränderungen des Durchgangswiderstandes bei Alterung. Es ist dabei zu beachten, dass die Kontaktnormalkraft über Zeit möglichst konstant bleibt und auch keine Oxidation, die isolierende Wirkung haben, im Kontaktbereich auftreten kann. Der in der DE 10 2018 105 770 B4 beschriebene Verbinder weist zwei unterschiedliche Kontaktstellen im Strompfad der Schutzeinrichtung auf und zwar die der Federarme der Verbindungsanordnung am Metallgehäuse und die Kontaktstelle zwischen dem Schutzleiter und Metallgehäuse.
  • Problematisch daran ist die Abhängigkeit der Schutzleiterkontaktstelle von der Vorspannung durch die Federarme der Verbindungsanordnung. Lässt die Vorspannung der Federarme nach, so wird auch die Kontaktnormalkraft der Anschlusszungen nachlassen, was insgesamt zu großen Widerstandsänderungen führt.
  • Des Weiteren beschreibt die DE 10 2016 213 952 A1 ein Steckverbindungsteil wobei ebenfalls einer oder mehrere Verbindungselemente einen Isolierkörper eingebracht werden.
  • Die Herstellung des Isolierkörpers ist ebenfalls nur mit einem Schieberwerkzeug möglich, deren Nachteile voranstehend bereits beschrieben sind. Die Konstruktion ist so angelegt, dass die Blattfedern seitlich eintauchen. Dies hat den Nachteil, dass es aufgrund des Platzbedarfes der Aufnahmetasche zu dünnen Wandstärken innerhalb der Isolierkörpers kommen kann bzw. kann deshalb nicht immer das wunschgemäße Polbild realisiert werden.
  • Eine beliebige PE-Anordnung im Polbild ist aufgrund der Geometrie der Blattfedern schwierig bzw. oft nicht möglich, d.h., diese Konstruktion lässt nur mittig angeordnete PE-Kontakte zu. Auch ist offensichtlich, dass die Montage diffizil ist. Eine Automatisierung der Montage ist allenfalls mit erheblichem Aufwand und hohen Kosten realisierbar. Nachteilig ist bzgl. Sicherheit und UL-Zulassung auch, dass die Positionierung des Blattfederelements durch den Kunststoffisolierkörper erfolgt. Es ist daher nicht auszuschließen, dass es im Falle eines starken Fehlerstroms zur Erweichung des Isolierkörpers kommt, was das Einsatzgebiet bzw. die Funktion der Schutzleitereinrichtung zumindest einschränkt.
  • Im Gegensatz zu DE 10 2018 105 770 B4 umschließen die Verbindungselemente nicht den PE-Kontakt, sondern die Kontaktierung von Verbindungselement und PE-Kontakt bzw. zum Gehäuse wird durch stumpfe Berührung hergestellt. Die Praxis hat gezeigt, dass die sogenannte stumpfe Berührung der Kontaktpartner oxidationsempfindlich ist, insbesondere wenn die Kontaktstelle über längere Zeit nicht bewegt wird. Die mögliche Oxidationsschicht erhöht in der Regel die Durchgangswiderstände, was wiederum bei einem stromdurchflossenen Leiter zu einer verstärkten Erwärmung der Kontaktstelle führt und evtl. Beschädigungen von Steckerkomponenten begünstigt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Erdungseinrichtung, eine Erdungseinheit sowie einen Kontakteinsatz und einen elektrischen Steckverbinder derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln und somit kostengünstig auch unter rauen Bedingungen eine zuverlässige Funktion, insbesondere die Ableitung von Fehlerströmen gegeben ist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontakteinsatzes angegeben werden.
  • Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe in Bezug auf die Erdungseinrichtung durch Anspruch 1 gelöst. Damit ist eine Erdungseinrichtung, insbesondere für einen Kontakteinsatz, angegeben, mit einem im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei der Grundkörper mindestens einen Durchgang für einen Kontakt, insbesondere einen Kontaktstift, und mindestens ein Kontaktelement mit einer sich radial nach außen erstreckenden Kontaktfläche aufweist.
  • In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass durch einen im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper auf besonders einfache Weise eine robuste Erdungseinrichtung erzeugt werden kann. Aufgrund des mindestens einen Durchgangs ist eine zuverlässige Kontaktierung mit einem Kontakt ermöglicht, insbesondere eine PE-Kontaktierung. Der Kontakt könnte dabei als Kontaktstift ausgebildet sein. Grundsätzlich ist die Erdungseinrichtung in elektrischen Steckverbindungen mit oder ohne Schirmung verwendbar. Weiterhin können der Grundkörper und das mindestens eine Kontaktelement einteilig ausgebildet sein.
  • Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Erdungseinheit lässt eine hohe Stromtragfähigkeit zu. So können größere Leitungsquerschnitte an den Kontaktflächen der Kontaktelemente bzw. des Grundkörpers allein dadurch realisiert werden, indem die Materialdicke vergrößert wird.
  • In besonders vorteilhafter Weise kann der Grundkörper aus einem Metall hergestellt sein. Die Durchgangswiderstände zwischen den Kontaktstellen des Grundkörpers und eines den Grundkörper berührenden elektrisch leitfähigen Gehäuses können durch die Form der Kontaktstellen, der Kontaktnormalkraft und der verwendeten galvanischen Oberfläche minimiert werden. Dies lässt sich in vorteilhafter Weise realisieren, indem der Grundkörper durch ein Laserschneidverfahren, ein Stanzverfahren und/oder ein Stanzbiegeverfahren hergestellt ist. Generell ist es denkbar, dass der Grundkörper aus einem Blech hergestellt ist.
  • In vorteilhafter Weise ist der Grundkörper aus einem Material hergestellt, das gute Federeigenschaften und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und zwecks der optimierten Wärmeableitung der Erdungseinheit auch über eine gute Wärmeleitfähigkeit verfügt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Kupferlegierung handeln, vorzugsweise um bleifreies CuSN6. Auch die Verwendung anderer Materialien, wie zum Beispiel Federstähle, ist generell denkbar.
  • Ferner können die Durchgangswiderstände der Kontaktstelle zwischen dem Kontakt, insbesondere dem PE-Kontakt, und dem Grundkörper optimiert werden, indem dort eine vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung ansetzt. In beispielhafterweise kann diese Verbindung durch Widerstands- oder Laserschweißen, bzw. Löten kostengünstig hergestellt sein. Auch kann eine Presspassung realisiert sein. Hierzu kann an dem Durchgang in weiter vorteilhafter Weise ein hülsenartiger Rand bzw. Vorsprung ausgebildet sein.
  • In vorteilhafter Weise kann das Kontaktelement in Radialrichtung federnd ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine sichere elektrische Verbindung mit einem die Erdungseinrichtung umgebenden Gehäuse zur Realisierung eines Steckverbinders erzielt wird. Des Weiteren kann durch eine federnde bzw. flexible Ausgestaltung der Kontaktelemente eine zu große Schwingungsübertragung durch Vibration bzw. eines Körperschalls durch Schockbeanspruchung verringert werden. Im Konkreten kann das Kontaktelement einen Federarm mit einem freien Ende und/oder einen klammerförmigen Federarm aufweist. In vorteilhafter Weise können das Kontaktelement und der Grundkörper in einer gemeinsamen Ebene liegen. Durch diese konstruktive Maßnahme kann auf sichere Weise ein Fehlerstrom abgeleitet werden und ist auch bei Vibrationen und Schocks, die auf die Vorrichtung einwirken, eine Kontaktsicherheit gewährleistet. Im Konkreten kann somit das mindestens eine Kontaktelement in Radialrichtung federnd ausgebildet sein (beispielsweise als Federarm) und in einer Ebene mit dem Grundkörper liegen. Eine entsprechende Konstruktion ist des Weiteren auf besonders einfache Weise herzustellen.
  • In weiter vorteilhafter Weise können in Umfangsrichtung des Grundkörpers, vorzugsweise symmetrisch, mindestens zwei oder mindestens drei Kontaktelemente ausgebildet sein. Dadurch werden Kontaktunterbrechungen vermieden, da bei mehreren Kontaktelementen mindestens ein oder mehrere Kontaktelemente mit einem die Erdungseinheit umgebenden Gehäuse im Eingriff stehen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können mindestens zwei Durchgänge ausgebildet sein. Weiterhin ist es denkbar, dass ein in der Mitte des Grundkörpers angeordneter Mittendurchgang und mindestens drei, insbesondere vier oder fünf, radial außerhalb des Mittendurchgangs, vorzugsweise symmetrisch, angeordnete weitere Durchgänge vorgesehen sind. Somit kann sowohl ein PE-Kontakt sowie mindestens ein weiterer Kontakt, beispielsweise zur Signal- und/oder Leistungsübertragung, mit durch den Grundkörper geführt werden, wobei der PE-Kontakt zusätzlich mit dem Grundkörper elektrisch verbunden sein kann. Die weiteren Signal- und/oder Leistungskontakte können gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert sein. Die Anzahl der Durchgänge kann entsprechend dem gewünschten Polbild gewählt werden.
  • In Bezug auf die Erdungseinheit wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 5 gelöst. Damit ist eine Erdungseinheit beansprucht mit einer Erdungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mindestens einem formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in und/oder an dem Durchgang angeordneten Kontakt, insbesondere einen Kontaktstift.
  • In vorteilhafter Weise kann der Kontakt, insbesondere der Kontaktstift, als PE-Kontakt (Schutzleiter) dienen bzw. mit einem Schutzleiter verbunden sein. Entsprechend des Anwendungsgebietes, auch wegen der extremen Schock- und Vibrationsbelastung beispielsweise beim An- und Auslaufen von Industriemotoren, kann die Verbindung der PE-Leitung mit dem Kontakt bzw. Kontaktstift über einen Schraubklemmanschluss, Crimpanschluss und/oder Schneidklemmanschluss erfolgen. Jedoch sind auch andere Anschlussarten denkbar. Alternativ oder zusätzlich kann der Kontakt aus einer Kupferlegierung hergestellt sein, vorzugsweise aus bleifreiem CuZn40. Dieses Material weist den Vorteil auf, dass es crimpbar ist. Auch ist es denkbar, dass die Oberfläche des Kontakts und/oder der Kontatkfläche vernickelt, verzinnt oder vergoldet ist, um dauerhaft niedrige Übergangswiderstände zu erreichen.
  • Des Weiteren ist es denkbar, dass der Kontakt, insbesondere der PE-Kontakt, eine Rändelung zur Erzeugung einer Presspassung mit der Erdungseinrichtung aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der Kontakt, insbesondere der PE-Kontakt, eine zweiten Rändelung aufweisen. Diese ermöglicht insbesondere bei der ungeschirmten Version eine definierte Positionierung des Kontaktes. Die zweite Rändelung sichert den Kontakt, falls kein Grundkörper vorgesehen sein sollte. So können die berechneten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden.
  • In weiter vorteilhafter Weise kann der Kontakt zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erster Teil mit einem zweiten Teil formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbindbar ist, vorzugsweise verschraubbar ist. Dadurch kann der Kontakt auf besonders einfache Weise mit bzw. an dem Durchgang des Grundkörpers angeordnet werden.
  • In Bezug auf den Kontakteinsatz wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 9 gelöst. Damit ist ein Kontakteinsatz beansprucht, mit einer Erdungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, einem ersten Isolierkörper und einem zweiten Isolierkörper, wobei die Erdungseinrichtung zwischen dem ersten Isolierkörper und dem zweiten Isolierkörper aufgenommen ist, und wobei die Kontaktfläche des mindestens einen Kontaktelements frei abragt.
  • In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass durch die Nutzung zweier Isolierkörper sowie einer erfindungsgemäßen Erdungseinrichtung, für die einzelnen Komponenten jeweils das ideale Material genutzt werden kann.
  • Vorteilhafterweise können der erste Isolierkörper und der zweite Isolierkörper komplementär zueinander ausgebildete Verbindungselemente aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um mindestens einen Kontaktdom und mindestens eine Kontaktdomaufnahme handeln, insbesondere zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung. Die Außenseite des Kontaktdoms und die Innenseite der Kontaktdomaufnahme können in vorteilhafter Weise konisch verlaufen, so dass sich diese miteinander verkeilen, wenn der Kontaktdom in die Kontaktdomaufnahme eingepresst wird. Somit kann die Anordnung auf einfache Weise montiert werden. Die Verbindungselemente, insbesondere der Kontaktdom und die Kontaktdomaufnahme, bzw. zumindest ein Teil der komplementär ausgebildeten Verbindungselemente, kann derart ausgebildet sein, dass es bzw. sie sich durch einen der Durchgänge erstreckt bzw. erstrecken. Auch ist es denkbar, dass ein Signal- und/oder Leistungskontakt von zumindest einem Teil der komplementär ausgebildeten Verbindungselemente im Bereich des Durchgangs des Grundkörpers umgeben ist. Dadurch ist eine elektrische Isolierung des Signal- und/oder Leistungskontakts gegenüber dem Grundkörper der Erdungseinrichtung erreicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der erste und/oder der zweite Isolierkörper und/oder der Grundkörper Freisparungen aufweisen, die als Entlüftungskanäle dienen. Somit wird die Wärmeableitung verbessert.
  • In weiter vorteilhafter Weise können die Verbindungselemente zur Aufnahme eines Signal- und/oder Leistungskontaktes ausgebildet sein.
  • In Bezug auf den elektrischen Steckverbinder wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 12 gelöst. Damit ist ein elektrischer Steckverbinder beansprucht, mit einem Kontakteinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und einem elektrisch leitfähigen Gehäuse, wobei das Gehäuse den Kontakteinsatz zumindest teilweise umgibt und wobei die Kontaktfläche des mindestens einen Kontaktelements des Kontakteinsatzes mit dem Gehäuse in elektrischem Kontakt steht.
  • Der erfindungsgemäße Steckverbinder kann in rauem Umfeld angewendet werden und ist insbesondere für den Einsatz bei Asynchron- und Drehstrommotoren oder anderen Wechselstromsystemen geeignet. Dabei ist es denkbar, den erfindungsgemäßen Steckverbinder zur Übertragung von Spannungen bis 630V und Strömen bis 16A auszulegen, wobei auch größere Ströme denkbar sind. Der Steckverbinder zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass er extrem verlässlich, leistungsstark und platzsparend ist. Auch werden robuste mechanische Eigenschaften realisiert, insbesondere eine extreme Schock- und Vibrationsbeständigkeit. Neben einer schnellen und einfachen Montage im Feld wird erreicht, dass eventuelle Stromunfälle, insbesondere durch vibrationsbedingtes Lösen von spannungsführenden Leitungen sowie entsprechende Isolationsfehler, durch die Erdungseinheit vermieden werden, da auch hohe Fehlerströme entsprechend sicher abgeführt werden.
  • In weiter erfindungsgemäßer Weise ist die Erdungseinheit eine völlig autarke Baugruppe. Die ersten und zweiten Isolierkörper werden zur Fehlerstromableitung nicht zwingend benötigt. Dies wirkt sich vorteilhaft sowohl auf die Materialauswahl der ersten und zweiten Isolierkörper als auch auf die Erfüllung der für eine Zulassung notwendigen Standards aus.
  • Durch die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Steckverbinders können verschiedene Varianten von Stromunfällen verhindert werden. Wenn beispielsweise durch eine defekte Litzenisolierung einer spannungsführenden Leitung ein Fehlerstrom an das elektrisch leitfähige Gehäuse gelangt, fließt der Fehlerstrom über die Erdungseinheit sowie eine daran angeschlossene PE-Leitung ab. Auch wenn der PE-Kontakt eines gesteckten Steckverbinders nicht angeschlossen ist kann bei vorliegender Erfindung in vorteilshafterweise der Fehlerstrom über die mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse kontaktierte Erdungseinheit und die Geräteerdung abgeleitet werden. Somit kann der Steckverbinder auch ohne dass der PE-Anschluss belegt ist Fehlerströme über die Geräteerdung ableiten. Des Weiteren kann mit vorliegender Erfindung noch eine weitere Besonderheit realisiert werden, nämlich die Ableitung besonders großer Fehlerströme. Entsprechende gefährliche Beschädigungen der Steckverbindung werden verhindert, indem der Fehlerstrom durch die Erdungseinheit aufgeteilt wird. Ein Teil des Fehlerstroms fließt über die PE-Leitung des Steckverbinders ab und der andere Teil kann über den Schutzleiter des Gerätes abfließen. Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Erdungseinheit wird über die Kupplungshülse bzw. die Verriegelungseinheit ein Parallelpfad geschaffen, über den ein Teil des Fehlerstroms abgeleitet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektrisch leitfähige Gehäuse aus Metall, insbesondere einer Kupferlegierung, beispielsweise einer bleifreien Legierung wie das CuZn40, aus einem Hybridmaterial, d.h. Kunststoff und Metall, oder aus einem metallisierten Kunststoff hergestellt sein.
  • In vorteilhafter Weise kann das Gehäuse als Verriegelungseinrichtung oder als Kupplungshülse ausgebildet sein. Die Verriegelungseinrichtung bzw. Kupplungshülse ist mit der erfindungsgemäßen Erdungseinheit, die ihrerseits die Erdungseinrichtung mit dem plattenförmigen Grundkörper und einen Kontakt bzw. PE-Kontakt aufweist, elektrisch kontaktiert. So wird ein erster PE-Kontakt, der seinerseits mit der PE-Leitung mit dem komplementären PE-Kontakt und mit dessen PE-Leitung elektrisch verbunden.
  • In besonders vorteilhafter Weise werden so in den Fehlerstrompfaden ausschließlich metallische Bauelemente zur Kontaktierung bzw. Positionierung verwendet, die auch bei großer Wärmeentwicklung durch entsprechende Fehlerströme sicher und stabil ihre Funktion erfüllen. Im Gegensatz dazu sind aus der Praxis Steckverbinder bekannt, bei denen die erforderliche Anpresskraft eines PE-Kontaktelements nur in Verbindung mit Kunststoffteilen erzeugt werden kann. Bei großer Wärmeentwicklung infolge entsprechend großer Fehlerströme können diese ihre Formstabilität verlieren und so zum Versagen der Schutzleiterfunktion führen.
  • Des Weiteren wird die voranstehende Aufgabe in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 14 gelöst. Damit ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakteinsatzes, insbesondere eines Kontakteinsatzes nach einem der Ansprüche 9 bis 11, beansprucht, wobei ein erster Isolierkörper in eine Werkzeugaufnahme eingebracht wird, wobei eine Erdungseinrichtung entsprechend ihres Polbildes lagerichtig an bzw. vor dem ersten Isolierkörper angeordnet wird, wobei ein zweiter Isolierkörper an bzw. vor der Erdungseinrichtung angeordnet wird und wobei der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden.
  • Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf zeichnet sich dadurch aus, dass er mit einfachen Betriebsmitteln realisiert werden kann. In vorteilhafter Weise könnte das Verfahren händisch ausgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Kniehebelpresse. Dadurch wäre eine Herstellung im Feld gegeben. Auch könnte das Verfahren zum Beispiel mittels einer einfachen Rundtaktmaschine und entsprechenden Zuführungen kostengünstig automatisiert erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mindestens ein Kontakt, insbesondere ein Kontaktstift, mit der Erdungseinrichtung verbunden werden, bevor der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass mindestens ein Kontakt, insbesondere ein Kontaktstift, mit der Erdungseinrichtung verbunden wird, nachdem der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden.
  • Insgesamt weist die vorliegende Erfindung die Vorteile auf, dass eine robuste Steckverbindung angegeben ist, die eine besonders gute elektrische Alterungsbeständigkeit aufweist, d.h. die Durchgangswiderstände bzw. die zulässigen Durchgangswiderstandsänderungen der beteiligten Komponenten sind über die gesamte Lebensdauer, selbst unter schwierigsten mechanischen und klimatischen Bedingungen, äußerst gering. Darüber hinaus werden wesentliche Kundenanforderungen, wie beispielweise eine einfache und schnelle Konfektionierbarkeit im Feld, platzsparende Abmessungen und ein niedriger Preis realisiert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in der voranstehenden Beschreibung sowie der nachstehenden Figurenbeschreibung Merkmale und Vorteile einzelner Bestandteile, beispielsweise der Erdungseinrichtung, im Zusammenhang mit einer größeren Einheit, beispielsweise dem elektrischen Steckverbinder, beschrieben werden. Diese Merkmale und Vorteile können auch von dem entsprechenden Bauteil der jeweils separat beanspruchten, kleineren Einheit realisiert sein. Entsprechende Gegenstände sind somit ausdrücklich Teil der vorliegenden Offenbarung.
  • Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Hauptansprüchen nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit,
    Fig. 2
    in einer schematischen Darstellung eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit,
    Fig. 3
    in einer schematischen Darstellung eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit,
    Fig. 4
    in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit,
    Fig. 5
    in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes,
    Fig. 6
    in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes,
    Fig. 7
    in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes,
    Fig. 8
    in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders, und
    Fig. 9
    in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische Explosionsansicht von zwei Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer elektrischer Steckverbinder.
  • In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren sind in den Figuren zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht sämtliche Elemente jeweils mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit 1. Die Erdungseinheit 1 umfasst eine Erdungseinrichtung 2 mit einem plattenförmigen Grundkörper 3, der mehrere Durchgänge 4 und mehrere Kontaktelemente 5 aufweist, sowie einen elektrischen Kontakt 6. Der Kontakt 6 ist über eine Presspassung in dem Mittendurchgang 7 des Grundkörpers 3 angeordnet. Um eine dauerhafte und robuste Verbindung zu realisieren, weist der Kontakt 6 eine Rändelung 8 auf und ist an dem Grundkörper 3 ein Vorsprung 9 ausgebildet. Beim Einpressen des Kontaktes 6 werden die Materialspitzen der Rändelung 8 in die Vertiefungen verdrängt, so dass eine Vorschädigung durch eine Rissbildung im zylindrisch ausgeprägten Pressbereich am Grundkörper 3 vermieden wird. Somit lassen sich höhere Presskräfte realisieren, was wiederum zu niedrigeren Übergangswiderstände führt.
  • Der Kontakt 6 weist eine Schraubklemmverbindung auf, um eine Verbindung mit einem Leiter herzustellen, insbesondere einem PE-Leiter. Jedoch sind auch andere Anschlussarten denkbar, beispielsweise Crimpen, eine Lötausführung oder eine Käfigzugfederausführung.
  • Die Kontaktelemente 5 sind als Federarm 10 realisiert, der in radialer Richtung nach außen federnd ausgebildet ist. Sofern ein PE-Leiter an dem Kontakt 6 angeschlossen ist, kann über die an den Kontaktelementen 5 ausgebildeten Kontaktflächen 14 des elektrisch leitenden Grundkörpers 3 ein Fehlerstrom an ein die Erdungseinheit 1 umgebendes elektrisch leitendes Gehäuse 15 abgeleitet werden.
  • Durch die symmetrisch um den Mittendurchgang 7 herum angeordneten weiteren Durchgänge 4 können weitere Signal- und/oder Leistungskontakte geführt werden. Die Anzahl der Durchgänge 4 sowie die Positionierung des Kontakts 6 für den PE-Leiter in dem Grundkörper 3 kann entsprechend dem gewünschten Polbild gewählt werden.
  • Nicht dargestellt sind Ausprägungen auf dem Grundkörper 3, die als Abstandshalter zwischen den beiden wärmeisolierenden Isolierkörpern dienen, um die Wärmeabfuhr zu begünstigen.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit 1. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so dass auf die voranstehende Beschreibung verwiesen wird. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Kontakt 6 stoffschlüssig mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Beispielsweise kann es sich um eine Schweiß- oder Lötverbindung handeln.
  • Der Grundkörper 3 weist dabei einen Vorsprung 9 auf, der aber nicht zwangsweise ausgebildet sein muss. Es kann ausreichend sein, den Kontakt 6 mit dem Grundkörper 3 zu verschweißen oder zu verlöten.
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit 1. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so dass auf die voranstehende Beschreibung verwiesen wird. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Kontakt 6 zweiteilig ausgebildet ist. Dabei weist der erste Teil 29 ein Innengewinde auf, in das ein Außengewinde des zweiten Teils 30 einschraubbar ist, wobei der erste Teil 29 und der zweite Teil 30 jeweils an einer Seite des Grundkörper 3 hintergreifen, so dass eine mechanische und elektrische Verbindung geschaffen ist. Es ist auch denkbar, dass der erste Teil 29 ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde des zweiten Teils 30 einschraubbar ist.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Erdungseinheit 1. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so dass auf die voranstehende Beschreibung verwiesen wird. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Kontaktelemente 5 als klammerförmiger, geschlossener Federarm 10 ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass dauerhaft eine besonders hohe Kontaktkraft in Radialrichtung realisierbar ist. Dabei ist denkbar, dass der Kontakt 6 entsprechend einer der Ausführungsformen der Fig. 2 oder 3 ausgebildet und mit dem Grundkörper 3 verbunden ist.
  • Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung, eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes 13. Dieser weist einen ersten Isolierkörper 11 und einen zweiten Isolierkörper 12 auf, zwischen welchen eine Erdungseinheit 1 angeordnet ist. Die Erdungseinheit 1 entspricht dabei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, wobei es sich um eine beliebige erfindungsgemäße Erdungseinheit 1 handeln kann, beispielsweise gemäß Fig. 1, 3 oder 4.
  • Wesentlich ist, dass die Kontaktflächen 14 des Kontaktelements 5 in Radialrichtung nicht abgedeckt sind, d.h. frei abragen, so dass eine Kontaktierung mit einem nicht dargestellten elektrisch leitfähigen Gehäuse 15 möglich ist.
  • Des Weiteren sind an dem ersten und zweiten Isolierkörper 11, 12 komplementäre Verbindungselemente 20 ausgebildet, nämlich Kontaktdomaufnahmen 21 und Kontaktdome 22. Somit ist eine form- und kraftschlüssige Verbindung geschaffen, wenn die Kontaktdome 22 durch die Durchgänge 4 hindurch in die Kontaktdomaufnahmen 21 eingeschoben werden. Dabei muss der als PE-Kontakt 17 dienende elektrische Kontakt 6 nicht zwangsweise in dem Mittendurchgang 7 angeordnet sein, sondern kann auch in einem der anderen Durchgänge 4 positioniert werden, je nach gewünschtem Polbild.
  • Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes 13, der als Stifteinsatz realisiert ist. Dieser weist einen ersten Isolierkörper 11, einen zweiten Isolierkörper 12 und einer dazwischen angeordneten Erdungseinheit 1 auf. Dabei ist in dem Mittendurchgang 7 ein als PE-Kontakt 17 dienender Kontakt 6 angeordnet, der gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 über eine Presspassung mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Dabei kann dieser Kontakt 6 auch auf andere Weise mit dem Grundkörper 3 verbunden sein, bspw. gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Fig. 2 bis 4. Der Kontakt 6 weist eine zweite Rändelung 18 auf, mit der er an dem zweiten Isolierkörper 12 angreift, so dass eine verbesserte Positionierung erreicht wird.
  • Des Weiteren ist ein als Signal- und/oder Leistungskontakt 19 dienender weiterer Kontakt 6 angeordnet, der von dem Verbindungselement 20 des zweiten Isolierkörpers 12 im Bereich des Durchgangs 4 des Grundkörpers 3 umgeben ist. Somit ist dieser Kontakt 6 elektrisch gegenüber dem Grundkörper 3 isoliert. Um diesen Kontakt 6 sicher in dem zweiten Isolierkörper 12 zu halten, sind an dem Kontakt 6 in Umfangsrichtung verlaufende Erhebungen 23 bzw. Kontaktkrallen ausgebildet. Die Isolierkörper 11, 12 sind gegeneinander verpresst, so dass die Kontaktdome 22 in die Kontaktaufnahmedome 21 eingreifen und eine kraft- bzw. formschlüssige Verbindung realisieren.
  • Wesentlich ist, dass die Kontaktflächen 14 des Grundkörpers 3 nicht von den Isolierkörpern 11, 12 umschlossen sind und somit frei abragen. Daher können diese in elektrischen Kontakt 6 mit einem elektrisch leitenden Gehäuse 15 gebracht werden, wenn dieses um den Kontakteinsatz 13 angeordnet wird. Somit können Fehlerströme auf sichere Weise abgeleitet werden.
  • Weiterhin sind an dem zweiten Isolierkörper 12 Freisparungen 16 ausgebildet, welche die in Folge eines Fehlerstroms entstehende Wärme entweichen lassen bzw. die stark erwärmte Luft abführen.
  • Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes 13. Dieser entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 6, so dass auf die voranstehende Beschreibung verwiesen wird. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Kontakteinsatz 13 als Buchseneinsatz und nicht als Stifteinsatz ausgebildet ist und dass der PE-Kontakt 17 außermittig angeordnet ist, wohingegen der Signal- und/oder Leistungskontakt 19 durch den Mittendurchgang 7 des Grundkörpers 3 verläuft.
  • Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders 31. Dieser weist einen Kontakteinsatz 13 gemäß Fig. 6 auf, der von einem als Kupplungshülse 24 ausgebildeten, elektrisch leitfähigen Gehäuse 15 umgeben ist. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass die Kontaktflächen 14 der als Federarme 10 ausgebildeten Kontaktelemente 5 an der Kupplungshülse 24 anliegen, so dass über den Grundkörper 3 eine elektrische Kontaktierung zwischen der Kupplungshülse 24 und dem PE-Kontakt 17 besteht. Die Kupplungshülse 24 stellt in der Dosenversion eine Komponente einer Verriegelungseinheit dar.
  • Die Kontaktstelle von Grundkörper 3 und Kupplungshülse 24 ist somit durch das Anpressen der radial am Grundkörper 3 angeordneten Federarme 10 realisiert. Der Übergangswiderstand zwischen diesen Komponenten ist im Wesentlichen von der Kontaktkraft bzw. Form der Kontaktfläche 14 des Kontaktelementes 5 abhängig. Um diesen Übergang weiterhin zu minimieren ist grundsätzlich ein Verschweißen dieser Federarme 10 mit der Kupplungshülse 24 denkbar. Dazu umschließen zwei halbschalenförmige Schweißkatoden die Kupplungshülse 24 und eine zweite wird durch die PE-Kontaktierung realisiert.
  • Auf diese Weise werden die Übergangswiderstände nochmals minimiert. Die flexible Verbindung zwischen Grundkörper 3 und Kupplungshülse 24, die bei Schock und Vibration unerlässlich ist, bleibt dann erhalten, wenn nur die Kontaktflächen 14 angeschweißt werden und die Schwingungen durch die Federarme 10 gedämpft werden.
  • Fig. 9 zeigt zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer elektrischer Steckverbinder 31. Dabei beschreibt das obere Ausführungsbeispiel eine Stiftausführung, das untere Ausführungsbeispiel eine Buchsenausführung.
  • Zur Konfektionierung werden zunächst die Druckschraube 25, der Dichtring 26 und die Abstandshülse 27 auf ein Kabel aufgefädelt. Das Kabel ist bereits oder wird nun abgemantelt, die Adern abisoliert und die Litzen angeschlossen. Abschließend wird die Abstandshülse 27 auf den Isolierkörper geschoben und der Dichtungsring in den angespritzten Klemmkorb der Abstandshülse 27 gedrückt.
  • Diese so vormontierte Baugruppe wird in die Verriegelungseinrichtung 28 bzw. in die Kupplungshülse 24 eingeführt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Kontakteinsatz 13 bis auf Anschlag geschoben wird. Abschließend wird die Druckschraube 25 aufgeschraubt.
  • Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
  • Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Erdungseinheit
    2
    Erdungseinrichtung
    3
    Grundkörper
    4
    Durchgang
    5
    Kontaktelement
    6
    Kontakt
    7
    Mittendurchgang
    8
    Rändelung
    9
    Vorsprung
    10
    Federarm
    11
    erster Isolierkörper
    12
    zweiter Isolierkörper
    13
    Kontakteinsatz
    14
    Kontaktfläche
    15
    Gehäuse
    16
    Freisparung
    17
    PE-Kontakt
    18
    zweite Rändelung
    19
    Signal- und/oder Leistungskontakt
    20
    Verbindungselement
    21
    Kontaktdomaufnahme
    22
    Kontaktdom
    23
    Erhebung
    24
    Kupplungshülse
    25
    Druckschraube
    26
    Dichtring
    27
    Abstandshülse
    28
    Verriegelungseinrichtung
    29
    erster Teil
    30
    zweiter Teil
    31
    Steckverbinder

Claims (15)

  1. Erdungseinrichtung, insbesondere für einen Kontakteinsatz, mit einem im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei der Grundkörper mindestens einen Durchgang für einen Kontakt, insbesondere einen Kontaktstift, und mindestens ein Kontaktelement mit einer sich radial nach außen erstreckenden Kontaktfläche aufweist.
  2. Erdungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement in Radialrichtung federnd ausgebildet ist, insbesondere einen Federarm mit einem freien Ende aufweist und/oder einen klammerförmigen Federarm aufweist.
  3. Erdungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Grundkörpers, vorzugsweise symmetrisch, mindestens zwei oder mindestens drei Kontaktelemente ausgebildet sind.
  4. Erdungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Durchgänge ausgebildet sind, vorzugsweise ein in der Mitte des Grundkörpers angeordneter Mittendurchgang und mindestens drei, insbesondere vier oder fünf, radial außerhalb des Mittendurchgangs, vorzugsweise symmetrisch, angeordnete weitere Durchgänge.
  5. Erdungseinheit mit einer Erdungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mindestens einem formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in und/oder an dem Durchgang angeordneten Kontakt, insbesondere einen Kontaktstift.
  6. Erdungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt als PE-Kontakt dient.
  7. Erdungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt eine Rändelung zur Erzeugung einer Presspassung mit der Erdungseinrichtung aufweist.
  8. Erdungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Teil mit einem zweiten Teil formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbindbar ist, vorzugsweise verschraubbar ist.
  9. Kontakteinsatz mit einer Erdungseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, einem ersten Isolierkörper und einem zweiten Isolierkörper, wobei die Erdungseinrichtung zwischen dem ersten Isolierkörper und dem zweiten Isolierkörper aufgenommen ist, und wobei die Kontaktfläche des mindestens einen Kontaktelements frei abragt.
  10. Kontakteinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Isolierkörper und der zweite Isolierkörper komplementär zueinander ausgebildete Verbindungselemente aufweisen, beispielsweise mindestens einen Kontaktdom und mindestens eine Kontaktdomaufnahme, insbesondere zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung.
  11. Kontakteinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente zur Aufnahme eines Signal- und/oder Leistungskontaktes ausgebildet sind.
  12. Elektrischer Steckverbinder mit einem Kontakteinsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und einem elektrisch leitfähigen Gehäuse, wobei das Gehäuse den Kontakteinsatz zumindest teilweise umgibt und wobei die Kontaktfläche des mindestens einen Kontaktelements des Kontakteinsatzes mit dem Gehäuse in elektrischem Kontakt steht.
  13. Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als Verriegelungseinrichtung oder als Kupplungshülse ausgebildet ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Kontakteinsatzes, insbesondere eines Kontakteinsatzes nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein erster Isolierkörper in eine Werkzeugaufnahme eingebracht wird, wobei eine Erdungseinrichtung entsprechend ihres Polbildes lagerichtig an bzw. vor dem ersten Isolierkörper angeordnet wird, wobei ein zweiter Isolierkörper an bzw. vor der Erdungseinrichtung angeordnet wird und wobei der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontakt, insbesondere ein Kontaktstift, mit der Erdungseinrichtung verbunden wird, bevor der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden,
    und/oder dass mindestens ein Kontakt, insbesondere ein Kontaktstift, mit der Erdungseinrichtung verbunden wird, nachdem der erste Isolierkörper und die Erdungseinrichtung und der zweite Isolierkörper miteinander verpresst werden.
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