Die Erfindung betrifft eine Abzweigvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden eines Hauptkabels mit einem Nebenkabel.
Es sind verschiedene Arten von Abzweigvorrichtungen dieser Art bekannt, beispielsweise aus den Publikationen WO 00/30218, DE 199 20 768, DE 101 43 363 oder WO 03/021721. Bei all diesen Abzweigvorrichtungen werden Kabeladern des Hauptkabels durch Schneidkontakte kontaktiert. Bei den Abzweigvorrichtungen gemäss WO 00/30218, DE 199 20 768 und DE 101 43 363 ist das Nebenkabel durch eine Buchse-und-Stecker-Verbindung einsteckbar, während bei der Abzweigvorrichtung der WO 03/021721 das Nebenkabel ebenfalls durch einen Schneidkontakt kontaktiert wird, wodurch die Möglichkeit fehlt, das Nebenkabel bedarfsgemäss auszutauschen.
Bekannte Abzweigvorrichtungen mit Buchse-und-Stecker-Verbindungen zum Nebenkabel benötigen relativ kompliziert geformte Kontaktierungselemente, welche in der Fertigung aufwändig sind. Beispielsweise werden Abschnitte eines geformten Blechs so verbogen bzw. abgeknickt, dass zwischen den flachen Seiten zweier Abschnitte eine Klemmwirkung entsteht. Dies hat nebst der Kompliziertheit des Herstellungsverfahrens den zusätzlichen Nachteil, dass die Federwirkung im wesentlichen aus dem Knick heraus entsteht, was bei andauernder Beanspruchung eine rasche Ermüdung zur Folge haben kann.
Aus der WO 98/45896 ist eine Abzweigvorrichtung bekannt, bei welcher Kabeladern eines flachen Kabels durch Kontaktelemente kontaktiert werden, welche auch einen Gabelkontakt zur Aufnahme eines klingenförmigen Kontaktstiftes aufweist. Die Abzweigvorrichtung ist jedoch nur für spezifische Verkablungssystem geeignet. Auch aus der US 6,142,817 sind Kontaktelemente mit einem Schneidklemmkontakt und einem Gabelkontakt bekannt.
Ein weiterer Problemkreis betrifft die Kodierung. Es ist bekannt, Buchse-Stecker-Verbindungen mit einer individuellen Kodierungsmöglichkeit zu versehen. Ein Monteur kann durch eine bei der Montage vor Ort vorgenommene Kodierung sicherstellen, dass verschiedene Geräte nur im richtigen Stromnetz eingesteckt werden können. Eine Lösung mit einem abtrennbaren Kodiernocken wird beispielsweise in DE 199 32 243 offenbart. Die Lösung ist aber nur zum Einsatz in einem feststehenden Netz, bspw. einem Niederspannungsnetz geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abzweigvorrichtung zu schaffen, welche Probleme gemäss dem Stand der Technik überwindet und insbesondere eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. In diesem Kontext ist das Schaffen eines Kontaktierungselementes, welches möglichst einfach in der Herstellung ist, ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist.
Gemäss der Erfindung besitzt die Abzweigvorrichtung zum Verbinden eines Hauptkabels mit einem Nebenkabel Kontaktierungselemente, welche je mindestens eine Schneidklemme zum Kontaktieren der Hauptkabeladern sowie mindestens einen Klemmkontakt aufweisen. Der Klemmkontakt ist erfindungsgemäss flach oder blechartig und definiert lokal eine Ebene, wobei die Klemmwirkung - bspw. zwischen zwei Flügelelementen - durch entlang der Ebene wirkende Federkräfte entsteht. Der Klemmkontakt kann ähnlich wie eine Gabelkontakt geformt sein, also beispielsweise als stimmgabelartig ausgestaltetes Blech vorliegen, wobei die Flügelelemente Zinken des stimmgabelartigen Gebildes sind. Zwischen den Zinken bildet sich dann eine Kontaktöffnung, und beim Einführen des zu kontaktierenden Gegenstandes (bspw. Kontaktstiftes) ergibt sich eine Kontaktspreizung der Zinken gegeneinander entgegen der erwähnten Federkraft. Weiter weist die Abzweigvorrichtung ein Gehäuse-Basisteil mit Mitteln zum Führen der Hauptkabeladern auf, wobei die Kontaktierungselemente in das Gehäuse-Basisteil eingepasst sind, wobei das Gehäuse-Basisteil ferner einen Buchsensitz aufweist, in welchen die Buchse eingebracht ist und wobei der Klemmkontakt eine der erwähnten Kontaktstellen der Buchse bildet.
Der Begriff "flach" bedeutet in diesem Kontext nicht notwendigerweise, dass der ganze Klemmkontakt strikt in einer einzigen Ebene liegt. Vielmehr kann der Klemmkontakt als ganzes bspw. gebogen oder sogar geknickt sein. Er ist aber lokal blechartig flach, und die Klemmwirkung wird, bspw. an einem Klemmpunkt, wie erwähnt durch Kräfte bewirkt, welche entlang der durch die Blechfläche am Ort des Klemmpunkts definierte Ebene wirken.
Dadurch, dass der Klemmkontakt erfindungsgemäss flach ist, entstehen wichtige Vorteile bei der Herstellung. Der Klemmkontakt kann aus einem Blech gestanzt oder durch feinschneiden geformt werden, ohne dass das Blech anschliessend massiv verformt werden muss. Ausserdem kann die Klemmwirkung auch bei geringen Blechdicken genügend gross sein, indem die Breite von Flügelelementen (oder Zinken), zwischen denen die Klemmwirkung entsteht, genügend gross gewählt wird. Dies ermöglicht die Verwendung von verhältnismässig dünnen Blechen, was ebenfalls Vorteile mit sich bringen kann. Die stirnseitige Kontaktierung bewirkt auch, dass selbst bei dünnen Blechen im Betrieb eine verhältnismässig kleine Stromdichte vorhanden ist.
Ausserdem entsteht durch die spezifische Geometrie ein gewichtiger weiterer Vorteil: Da der Klemmkontakt entlang einer Ebene ausgeführt ist, kann das Kontaktelement im Wesentlichen ohne grösseren Herstellungsaufwand mit zwei oder mehreren Klemmkontakten versehen werden. Dadurch eignet er sich in idealer Weise auch als Bestandteil von Mehrfachsteckdosen-Ausführungformen, in denen ein einziges Kontaktelement den Kontakt zu mehreren Buchsen herstellt. Dies ist vorteilhaft sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage von Systemen mit der erfindungsgemässen Abzweigvorrichtung. Ausserdem kann das Konzept auf Kontaktierungssysteme mit beispielsweise einer Abzweigvorrichtung und mit Mehrfachsteckdosenmodulen ausgeweitet werden. Ein erfindungsgemässer Kontakt in einem Mehrfachsteckdosenmodul besitzt ebenfalls Klemmkontakte der vorstehend beschriebenen Art und kann ebenfalls aus einem Blech gestanzt oder durch feinschneiden hergestellt sein.
Das Kontaktelement ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform einstückig ausgeformt. Es kann daher auch als Ganzes aus einem Blech gestanzt oder durch feinschneiden hergestellt werden, wobei anschliessend ggf. die Schneiden der Schneidklemme durch Prägen oder Schleifen gefertigt werden können und wobei ggf. die Ebene der Schneidklemme und/oder eines Klemmkontakts gegenüber der ursprünglichen Blechebene verdreht wird. Letzteres kann in einem Prägeprozess geschehen.
Das Abzweigsystem besitzt vorzugsweise ein mehrstufiges Kodiersystem. Eine erste Stufe besteht aus werkseitig angebrachten mechanischen Kodierungen, bspw. Kerben im Stecker, welche parallel zu einer Steckerachse verlaufen und Kämmen in der Buchse entsprechen (bzw. bei falscher Kodierung nicht entsprechen) oder umgekehrt. Die zweite Stufe besteht aus entfernbaren und/oder hinzufügbaren Elementen, bspw. steckerseitig vorhandene Nocken, deren laterale Position derjenigen von buchsenseitig einbringbaren Stiften entspricht.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Das Prinzip einer erfindungsgemässen Abzweigvorrichtung wird in Figur 1 sichtbar. Ein Hauptkabel 1 mit Hauptkabeladern 2 wird von einem Nebenkabel 3 mit Nebenkabeladern 4 kontaktiert. Hierzu dienen Kontaktierungselemente 5, welche von Steckerkontakten 6 elektrisch kontaktierbar sind. Die Steckerkontakte sind bspw. über Klemmen 7 fest mit den Nebenkabeladern 4 verbunden.
Wie das in den Figuren 2a und 2b sichtbar ist, besitzt jedes Kontaktierungselement 5 eine Schneidklemme 11 zum Kontaktieren der Hautpkabeladern sowie mindestens einen Klemmkontakt 12, in der gezeichneten Ausführungsform sind es zwei Klemmkontakte. Das Kontaktierungselement 5 ist einstückig ausgebildet, und zwar als ein aus einem Blech ausgestanztes Stanzteil. Die auf der Innenseite der Schneidklemme 11 ausgebildeten Schneiden sind nach dem Stanzen durch Prägen oder Schleifen geschärft worden. Die Schneidklemme ist - im gezeichneten Beispiel um ca. 45° - gegenüber der Blechebene abgedreht. Dies ermöglicht eine Geometrie der Abzweigvorrichtung wie in Figur 1 gezeichnet, also mit zum Hauptkabel parallel verlaufenden Steckerkontakten 6. Es sind aber auch andere Geometrien denkbar, bspw. ohne abgedrehte Scheidklemme und mit vom Hauptkabel senkrecht wegführenden Steckerkontakten, oder mit Scheidklemmen, die um einen anderen Winkel als 45° gegenüber der Blechebene verdreht sind, beispielsweise um einen Winkel zwischen 45° und 90°.
Die Klemmkontakte 12 des Kontaktierungselementes sind im Unterschied zum Stand der Technik mindestens lokal flach, so dass eine Ebene definiert wird. Im gezeichneten Beispiel ist der Klemmkontakt in der Ebene ähnlich einer Stimmgabel mit zwei Zinken ausgeformt. Eine Klemmwirkung für die Steckerkontakte 6 entsteht zwischen den zwei Zinken durch Federkräfte entlang der Ebene, ähnlich wie bei einem Gabelkontakt. Die Klemmkontakte können - anders als in der gezeichneten Ausführungsform - ebenfalls gegenüber der ursprünglichen Blechebene verdreht sein.
Das Material, aus dem das Kontaktierungselement gefertigt ist, ist beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Dicke des Blechs liegt beispielsweise zwischen 0.5 mm und 1.2 mm, vorzugsweise 0.7 mm bis 0.9 mm. Die Breite der Zinken ist so gewählt, dass eine gewünschte Federkraft entsteht und ist daher abhängig von der Blechdicke von der Länge der Zinken und vom Material. Sie beträgt bspw. ca. 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise ca. 1.7 mm bis 2.4 mm. Die Länge der Zinken kann bspw. zwischen 12 mm und 25 mm betragen.
Figur 3 zeigt eine Ansicht der Bauteile gemäss Fig. 1, wobei die Kabeladern des Hauptkabels in einem Gehäuse-Basisteil 21 geführt werden und wobei auch ein Beschaltungselement, nämlich ein Beschaltungsdeckel 22 gezeichnet ist. Das Gehäuse-Basisteil besitzt einen Buchsensitz (in der Figur unten gezeichnet) und eine Hauptkabeladerführung (in der Figur oben) mit Führungsstegen 23. Die Kontaktierungselemente 5 sind im Gehäuse-Basisteil eingepasst, so, dass die Schneidklemmen 11 eine Kabelisolation von zwischen den Führungsstegen 23 geführten Hauptkabeladern durchschneiden und die Hauptkabeladern kontaktieren.
Der Beschaltungsdeckel 22 dient dazu, über Pressstege 26 die Hauptkabeladern entgegen einem Widerstand genügend tief zwischen die Führungsstege einzudrücken, so, dass sie verlässlich durch die Schneidklemmen 11 kontaktiert sind. Der Beschaltungsdeckel 22 besitzt Schwenkachsen 24, welche in stirnseitigen Einbuchtungen 25 der Führungsstege eingehängt werden, woraufhin der Beschaltungsdeckel um die Schwenkachsen schwenkbar geführt wird. In einer Endstellung ist der Beschaltungsdeckel durch Verrastungen 27 fixiert. Denkbar sind auch Beschaltungsdeckel respektive Beschaltungsmittel, durch welche mittels Pressen oder Presszangen vertikal beschaltet werden kann.
Im Buchsensitz sind zwei Buchsen 31 eingebracht, in welche Steckerkontakte 6 eines Steckers einführbar sind. In der gezeichneten Anordnung ist je eine Buchse - bezüglich der Richtung des Hauptkabels - nach vorne und nach hinten gerichtet. Die Kontaktierungselemente und die Steckerbuchsen sind so gegenseitig positioniert, dass die eingeführten Steckerkontakte zwischen den Zinken der Klemmkontakte geführt werden und diese somit kontaktieren.
Figur 4 das ganze Abzweigsystem - also die Abzweigvorrichtung inklusive dazugehörigem Stecker, wobei sich der Beschaltungsdeckel 22 in der Endstellung befindet und wobei der Stecker 41 in die Buchse eingeführt gezeichnet ist.
In Figur 5 sieht man die Abzweigvorrichtung 10 als Ganzes mit gezogenem Stecker 41 inklusive Abdeckung 51. Die Abdeckung besitzt ein transparentes Fenster 52, das eine Sicht auf die Hauptkabeladern ermöglicht. Dies bietet einem Kontrolleur die Möglichkeit, das richtige Verlegen der Kabeladern zu überprüfen, ohne die Abdeckung zu öffnen. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind auf dem Fenster noch Markierungen 53 mit Leiterbezeichnungen angebracht, die auf die korrekte Position von Phase, Nulleiter und Erde oder von anders gearteten Kabeladern verweisen. Aus Herstellungsgründen kann die Abdeckung als ganzes einem transparenten Material gefertigt sein, wobei bspw. nur das Fenster so geschliffen ist, dass eine glasklare Sicht auf die Kabeladern möglich ist.
Der Beschaltungsdeckel kann, muss aber nicht an seiner Endstellung verbleiben, wenn die Abdeckung montiert und die Abzweigvorrichtung gebrauchsfertig ist.
Für gewisse Installationen werden in den Vorschriften die Verrastung der Stecker mit den Steckdosen (also den Buchsen für Netzkabel) verlangt. Bei bekannten Produkten wird die Verrastung mit einem zusätzlichen Rastteil gelöst. Die gezeichnete Ausführungsform der Erfindung beinhaltet eine Rastklinke 42, die am Stecker angespritzt ist. Alternativ dazu kann die Rastklinke als separat gefertigtes bspw. metallisches Einzelteil vorhanden sein. Die Rastklinke wirkt mit einer auf der Steckdoseninnenseite vorhandenen Rastkante (nicht sichtbar) zusammen und bewirkt eine Verrastung. Diese kann nur gelöst werden, indem ein Pressteil 44 gegen die Steckerinnenseite gedrückt wird, wodurch die Rastklinke nach innen geschoben wird. Aufgrund der angespritzten Rastklinke entstehen bei der Fertigung keine Mehrkosten für die Verrastung. Dieses Prinzip der am Stecker angespritzten Rastklinke kann auch für Kontaktierungssysteme verwendet werden, welche ansonsten nicht gemäss der Erfindung ausgestaltet sind.
In der gezeichneten, bevorzugten Ausführungsform ist die Abzweigvorrichtung für dreipolige Stromkabel bestimmt. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Abzweigvorrichtung kann aber selbstverständlich auch für andere Kabelsysteme verwendet werden, beispielsweise für zweipolige oder fünfpolige Stromkabel, für Datenkabel mit beliebiger Anzahl Kabeladern, für Lautsprecherkabel etc.
Die Ausführungsform der erfindungsgemässen Abzweigvorrichtung gemäss Figur 6 besitzt ebenfalls Kontaktierungselemente und ein Gehäuse der vorstehend beschriebenen Art. Sie ist jedoch im Unterschied zur Ausführungsform der Figuren 1 bis 5 für Normstecker 61 (abgebildet sind Steckdosen und Stecker gemäss Schweizer Norm) ausgebildet. Dies bedingt einige Konstruktionsänderungen. So müssen die Zinken der Klemmkontakte weiter auseinander gespreizt sein, da die Kontaktstifte 62 der Normstecker üblicherweise rund sind, wie das in Figur 6a dargestellt ist. Ausserdem sind die Kontaktstifte nicht auf gleicher Höhe angeordnet, so dass die Klemmkontakte 12 in entsprechend angepassten Positionen sein müssen. Das kann bedingen, dass die Klemmkontakte wie in der Figur gezeichnet zueinander versetzt angebracht sein müssen. In Figur 6b ist eine Anordnung von drei Kontaktierungselementen gezeichnet, wie sie in der Ausführungsform gemäss Figur 6 verwendet wird. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass die Polung relativ zum Stecker immer gleich ist.
In Figur 7 ist dargestellt wie auf Basis der erfindungsgemässen Abzweigvorrichtung ein Kontaktierungssystem entstehen kann, ohne dass massive Konstruktionsänderungen oder raffinierte zusätzliche Teile notwendig wären. Das System beinhaltet stapelbare Module 71, wobei die Kontaktierungselemente 5 durch Kontaktöffnungen 63, 73 in das jeweils benachbarte Modul bzw. die Abzweigvorrichtung 10 eingreifen und ein Kontaktierungselement 5 des banachbarten Moduls bzw. der Abzweigvorrichtung kontaktieren. Die Kontaktierungselemente können dabei einen kombiniert als Schneidklemme und Steckerkontakt ausgebildeten Kontaktschlitz aufweisen, wie das in den Figuren 7a und 7b illustriert ist. Dann können für Abzweigvorrichtung 10 und stapelbare Module 71 identische Kontaktierungselemente verwendet werden. Alternativ dazu können die Kontakte der Module anstelle der genannten Kontaktschlitze Klemmkontakte aufweisen, die beispielsweise gleich ausgebildet sind wie die bereits beschriebenen Klemmkontakte, aber gegen diese um ca. 90° verdreht sind.
Die stapelbaren Module 71 besitzen in der gezeichneten Ausführungsform noch Verdreh- und Positionierungsnocken 74 und Rastklappen 75 für die Befestigung des jeweils darüber- bzw. darunterliegenden Moduls.
Anstelle von stapelbaren Modulen gemäss Figur 7 kann auch die Abzweigvorrichtung selbst mit Mehrfachbuchsen bzw. -steckdosen ausgerüstet sein. In diesen Abzweigvorrichtungen verwendete Kontaktierungselemente sind dann bspw. ausgebildet wie das in der Figur 8 gezeichnete Kontaktierungselement 5 mit sechs als Steckdosen-Kontaktierungen dienenden Klemmkontakten 12.
Ein weiteres erweitertes Kontaktierungssystem ist in der Figur 9 gezeichnet. Nebst der Abzweigvorrichtung 10 sind zwei aneinanderreihbare Mehrfachsteckdosen 81 gezeichnet. Jede Mehrfachsteckdose besitzt Mehrfachsteckdosenkontakte, welche ebenfalls Klemmkontakte der vorstehend beschriebenen Art aufweisen und welche bspw. ebenfalls einstückig aus einem Blech geformt sind. In der unteren Hälfte der Figur sind Kontaktierungselemente 5 bzw. Mehrfachsteckdosenkontakte 82 gezeichnet, wie sie im Kontaktierungssystem zur Anwendung kommen. Die Mehrfachsteckdosenkontakte besitzen einen Stiftabschnitt 83, welcher bspw. plättchenartig ausgebildet und um 90° gegen die ursprüngliche Blechebene verdreht ist. Der Stiftabschnitt kann aus dem gestanzten Teil durch Verdrehen gefertigt sein, oder aber (bspw. beim Stanzen) durch Verpressen hergestellt sein. Die Klemmkontakte 84 sind wie erwähnt analog zu den Klemmkontakten 12 der Kontaktierungselemente 5 ausgebildet.
Figur 10 zeigt noch einen Kontakt 92 für ein im Vergleich zu Figur 9 einfacheres Modul eines Kontaktierungssystem mit nur zwei Steckdosen. Ein solches Modul kann ebenfalls mit einer beliebigen Anzahl von weiteren Modulen in Serie geschaltet werden.
Die Ausführungsformen des Kontaktierungssystems gemäss Figuren 7 bis 10 sind blosse Beispiele zur Illustration der vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten, welche durch die erfindungsgemäss ausgeführten Kontaktierungselemente bzw. Mehrfachsteckdosenkontakte bei sehr geringem Fabrikationsaufwand bestehen. Durch Ausgestaltung von Kontaktierungselementen oder Mehrfachsteckerkontakten mit einer beliebigen Anzahl von einseitig oder beidseitig nach aussen ragenden Klemmkontakten sind beliebige Mehrfachsteckdosenanordnungen gestaltbar.
Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist ein Kontaktierungssystem - gemäss der vorstehend beschriebenen Art oder mit andersartigen Kontakten - mit einem mehrstufigen mechanischen Kodiersystem ausgestattet.
Durch mechanische Kodierungen kann verhindert werden, dass ein Anwender irrtümlich Steckverbindungen vornimmt, die nicht gewollt sind und möglicherweise zu Schäden an Geräten führen können.
Kontaktierungssysteme nach diesem Aspekt der Erfindung besitzen eine Grundkodierung, die werkseitig eingestellt worden ist, und eine individuelle Kodierung. Das Prinzip der mehrstufigen mechanischen Kodierung ist in den Figuren 11a und 11b sowie in Figur 12 illustriert. Die Grundkodierung besteht aus in der Form der Stecker und Buchsen vorgegebenen, festen mechanischen Merkmalen, beispielsweise aus Kerben 43 im Stecker oder der Buchse, in welche Kämme 102 in der Buchse bzw. im Stecker einschiebbar sind. Die Kerben und Kämme können in an sich bekannter Art in verschiedener Zahl und mit verschiedenen Abmessungen vorhanden sein. Sie können beim Giessen der Buchse bzw. des Steckers gefertigt sein. Sie dienen beispielsweise zur Unterscheidung zwischen Niederspannungs-, Kleinspannungs- oder Datennetzen. Gemäss einer zweiten Stufe ist auch eine individuelle Kodierung vorgesehen. Für die individuelle Kodierung der einzelnen Netze sind auf der Dosenseite Führungsrillen 103 mit einer Stiftführung 104 vorgesehen. An entsprechenden Stellen der Stecker sind irreversibel abtrennbare Nocken 45 vorgesehen, welche beim Stecken des Steckers in die Rillen eingeführt werden. Auch reversibel abtrennbare Elemente sind denkbar. Für die individuelle Kodierung kann der Installateur auf der Dosenseite einen oder mehrere Kodierstifte 106 einsetzen und steckerseitig die entsprechenden Kodiernocken - bspw. mit einem Messer - abtrennen. Bei eingesetztem Kodierstift kann in der Anordnung gemäss Fig. 12 der Stecker nur gesteckt werden, wenn der obere Nocken 45 entfernt wird. Dies, weil die in Bezug auf die Steckerachse (entsprechend der Richtung, entlang welcher der Stecker zum Einstecken bewegt) laterale Position des Stiftes der lateralen Position des Nockens entspricht und daher beim Einführen im Weg ist. Durch Kombinationen von verschiedenen Grundkodierungen mit individuellen Kodierungen sind eine Vielzahl von Kombinationen möglich.
Dieses Vorgehen erlaubt die Verwendung eines Kontaktierungssystems, bspw. mit einer erfindungsgemässen Abzweigvorrichtung - in Niederspannungs-, Kleinspannungs- oder Datennetzen, da verschiedene Grundkodierungen möglich sind, und es bietet ausserdem eine günstige, einfache Möglichkeit für eine zusätzliche, individuelle Kodierung des Stecksystems.