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Title:
HIGH CURRENT CONNECTOR FOR CONTACTING ELECTRICAL OR ELECTRONIC MODULES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/057518
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a high current connector (10) for contacting electrical or electronic modules, especially in the automotive industry, having at least one cylindrical contact pole (12); at least one contact spring element (14) resting on at least one surface segment (12a) of the cylindrical contact pole (12) and a contact pole shoe (16), which encompasses the contact pole (12) at least partially and produces an electrically conductive connection to the contact pole shoe (15) at least in the area of the contact spring element (14).

Inventors:
RASCH REINHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2000/002589
Publication Date:
September 28, 2000
Filing Date:
March 23, 2000
Export Citation:
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Assignee:
GRUENDL & HOFFMANN (DE)
RASCH REINHARD (DE)
International Classes:
H01R13/17; H01R11/28; (IPC1-7): H01R13/17
Foreign References:
GB1542102A1979-03-14
EP0438244A11991-07-24
DE2702040A11978-07-20
DE6608865U1971-12-02
US5476399A1995-12-19
Attorney, Agent or Firm:
Schmidt, Steffen J. (Wuesthoff & Wuesthoff Schweigerstr. 2 München, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Hochstromverbinder (10) zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahr zeugBereich, mit wenigstens einem zylindrischen Kontaktpol (12) ; wenigstens einem KontaktFederelement (14) das an wenig stens einem Flächenabschnitt (12a) des zylindrischen Kon taktpols (12) anliegt ; und einem KontaktPolschuh (16), der den Kontaktpol (12) zu mindest teilweise umgreift und dabei zumindest im Bereich des KontaktFederelementes (14) mit dem KontaktPolschuh (15) ei ne elektrisch leitende Verbindung herstellt, dadurch gekenn zeichnet, daß das KontaktFederelement (14) Kantenbereiche aufweist, mit denen sie sich beim Zusammenführen des KontaktPols (12) und des KontaktPolschuhs (16) in das Material des KontaktPols (12) und/oder des KontaktPolschuhs (16) eingraben, wobei fur das KontaktFederelement (14) sowie für den KontaktPol (12) und/oder den KontaktPolschuh (16) Materialien mit entspre chenden Härtegraden zu verwenden sind.
2. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 1, wobei der zylin drische Kontaktpol (12) eine im wesentlichen mehreckige, vor zugsweise viereckige Grundfläche aufweist, und wobei an zwei einander gegenüberliegenden Flächenabschnitten (12a, 12a) KontaktFederelemente (14) vorgesehen sind.
3. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der KontaktPolschuh (16) eine im wesentlichen Uförmige Gestalt hat und den Kontaktpol (12) in Verbinde/LöseRichtung (P) mit zwei Schenkeln (16a, 16a) übergreift.
4. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 3, wobei der Kon taktPolschuh (16) an einem der Schenkel (16a) eine seitliche Kontaktierung (18) für eine Anschlußleitung aufweist.
5. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden An pruche, wobei das KontaktFederelement (14) zwei voneinander beabstandete Tragebänder (20,22) aufweist, zwischen denen mehrere lamellenförmige Kontaktstege (24) angeordnet sind, um zwischen dem KontaktPolschuh (16) und dem jeweiligen Flä chenabschnitt (12a) des Kontaktpols (12) eine elektrische Verbindung herzustellen.
6. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei die Trage bänder (20,22) aus Federstahl hergestellt sind und die Kon taktstege (24) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung her gestellt sind, wobei die Kontaktstege (24) so geformt und zwischen den Tragebändern (20,22) so angeordnet sind, daß elektrischer Strom zwischen wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem KontaktPolschuh (16) zugewandten Seite des Kon taktsteges (24) und wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem KontaktPol (12) zugewandten Seite des Kontaktsteges (24) fließt.
7. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei je der Kontaktsteg (24) eine langgestreckte Gestalt aufweist und mit seinen beiden Endbereichen (24a, 24b) in Richtung des KontaktPols (12) oder des KontaktPolschuhs (16) gekrümmt ist.
8. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei jeder Kon taktsteg (24) gegenüber den Tragebändern (20,22) aus der Fläche der Tragebänder (20,22) heraus in Richtung des Kon taktPols (12) bzw. des KontaktPolschuhs (16) geschränkt ist.
9. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche 5 bis 8, wobei jeder Kontaktsteg (24a, 24b) die sich beim Zusammenführen des KontaktPolx (12) und des Kontakt Polschuhs (16) in wenigstens einen derselben eingrabenden Kantenbereiche aufweist.
10. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden An pruche, wobei der KontaktPol (12) in Verbindungs/Löserich tung des KontaktPolschuhs (16) oben und/oder unten Vor sprünge (12c, 12d) aufweist, um die Tragebänder (20,22) in Verbindungs/Löserichtung festzulegen.
11. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden An pruche, wobei der KontaktPol (12) einen vorzugsweise von einem Dichtelement (28) umgebenen Anschlußzapfen (30) auf weist, der eine Gehäusewand (32) durchragt.
Description:
Hochstromverbinder zur Kontaktierunq elektrischer oder elek- tronischer Baugruppen Beschreibung Hintergrund der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Hochstromverbinder zur Kontak- tierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbe- sondere im Kraftfahrzeug-Bereich. Aufgrund der immer mehr zu- nehmenden Elektrifizierung im Automobilsektor werden immer leistungsstärkere Anlasser, Lichtmaschinen, etc. eingesetzt.

Vor allem für die Bestromung von Elektromotoren, die im An- triebsstrang des Kraftfahrzeuges als kombinierte Anlasser, Lichtmaschine und Schwingungsdämpfer angeordnet sind, werden sowohl an dem Elektromotor als auch an dessen Steuergerät sehr leistungsfähige Hochstromverbinder benötigt, die zumin- dest kurzzeitig Ströme von etwa 3000 Ampere übertragen kön- nen.

Stand der Technik Herkömmliche Hochstromsteckverbinder haben in der Regel kreiszylindrische Steck-Kontakte, die in entsprechend gestal- tete Hülsen einbringbar sind. Zur Verbesserung der Kontaktga- be sind dabei oft faß-förmig gewölbte Federkontakte dazwi- schen geschaltet. Um mit derartigen Anordnungen eine hohe Stromtragfähigkeit erzielen zu können ist es jedoch erforder- lich, daß die Federkontakte relativ lang und bauchig sind, so daß bei hohem Anpreßdruck eine große Kontaktfläche zwischen dem Steck-Kontakt und der Hülse gewährleistet ist. Damit sind jedoch große Aufbring-und Abzieh-wege bzw.-Kräfte bei der (De-) Montage erforderlich. Diese sind insbesondere im Kraft- fahrzeug-Bereich nicht verfügbar. Außerdem ist die elektroma- gnetische Abstrahlung nur schwer einzudämmen.

Eine weitere Variante herkömmlicher Hochstromkontaktierung besteht darin, einen Anschlußbolzen mit einem Außengewinde zu versehen. Über den Anschlußbolzen wird eine an einem Kabel

angepreßte oder angeschweißte Kontaktschelle mit einer Öse geschoben und mittels einer Mutter verschraubt. Ein gegeben- falls vorhandenes Schirmgeflecht des Kabels wird mit der Ge- häuse-Masse verbunden. Auch diese Ausgestaltung hat eine Rei- he von erheblichen Nachteilen. Zum einen haben sie für die geforderten Stromtragfähigkeiten sehr große Abmessungen. Des weiteren sind separate Muttern erforderlich, die zur Rüttel- festen Kontaktgabe außerdem zu sichern sind. Montagefehler sind möglich, da das Gewinde bei falsch aufgesetzter Mutter verformt werden kann oder der Anschlußbolzen als ganzes aus seiner Lagerung gerissen werden kann. Außerdem dauert die Montage relativ lang.

Für den eingangs genannten Einsatzzweck ist keine der vorste- hend beschriebenen Ausführungsformen geeignet.

Aus der GB 1 542 102 ist ein Stromverbinder bekannt, bei dem in zwei an gegenüberliegenden Oberflächen eines zylindrischen Kontaktpols federartige Kontaktelemente angeordnet sind. Ein im wesentlichen U-förmiger Kontaktpolschuh umgreift den Kon- taktpol so, daß die federartigen Kontaktelemente eine elek- trische Verbindung zwischen dem Kontaktpol und dem Kontakt- polschuh herstellen, da die federartigen Kontaktelemente aus den entsprechenden Nuten in dem Kontaktpol herausragen, wo- durch sie beim Zusammenfügen mit dem Kontaktpolschuh zusam- mengedrückt werden und einen festen Kontakt zwischen dem Kon- taktpol und dem Kontaktpoischuh gewährleisten.

Die aus der DE-GM 66 08 865 bekannte elektrische Kontaktan- ordnung weist im wesentlichen einen Aufbau auf, der mit dem Aufbau des Stromverbinders gemäß GB 1 542 102 vergleichbar ist, wobei hier anstelle der spiralartigen federförmigen Kon- taktelemente von GB 1 542 102 Kontaktstäbe verwendet werden, die zwischen den Kontakten mit einem Kontaktpol und einem Kontaktpolschuh so anzustellen bzw. auszulenken sind, daß er bei der Kontaktgabe vornehmlich auf Torsion beansprucht wird.

In dem Artikel"Energieübertragung mit Kontaktbändern von W.

Willig in etz., Heft 4/1996, Seiten 36-38,43 und 44, sind Kontaktbänder beschrieben, bei denen zwischen als Kontakt- flächen dienenden Randstreifenträger mehrere Kontaktbrücken angeordnet sind.

Weitere Beispiele für Kontaktelemente zum elektrischen Ver- binden eines Kontaktpols und eines Kontaktpolschuhs von Hoch- stromverbindern, die als Kontaktfederelemente oder feder- artige Kontaktbänder ausgebildet sind, sind in der DE 36 25 864 A1, der DE 30 48 054 A1, der DE 27 02 040 A1 und der DE 26 30 909 A1 beschrieben.

Der Erfindung zugrundeliegendes Problem Dementsprechend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ei- nen Hochstromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahrzeug- Bereich bereitzustellen, der einfach, kostengünstig und kleinbauend in Massenfertigung herzustellen ist, der eine ho- he Stromtragfähigkeit hat, kleine (De-) Montage-Wege und- Kräfte erfordert, rüttelsicher und dauerfest ist, eine Gas/Wasser-dichte Ausgestaltung (mindestens IP 67) erlaubt und mit einer minimalen Anzahl von Teilen auskommt.

Erfindungsgemäße Lösung Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß ein Hoch- stromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektroni- scher Baugruppen, insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich, ge- mäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Diese Ausgestaltung hat eine hohe Stromtragfähigkeit bei sehr kompaktem Aufbau. Außerdem ist eine sehr sichere Montage auf kleinstem Raum möglich. Weiterhin ist eine gute Zugänglich- keit einzelner Kontaktpole bei mehrpoligen Anordnungen ge- währleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen

In einer bevorzugten Ausführungsform hat bei dem Hochstrom- verbinder der zylindrische Kontaktpol eine im wesentlichen mehreckige, vorzugsweise viereckige Grundfläche, wobei an zwei einander gegenüberliegenden Flächenabschnitten die Kon- takt-Federelemente vorgesehen sind.

Dabei hat der Kontakt-Polschuh eine im wesentlichen U-förmige Gestalt hat und übergreift den Kontaktpol in Verbinde/Löse- Richtung mit zwei Schenkeln. Somit kann der Kontakt-Polschuh den Kontaktpol fest einspannen, wobei die Kontakt- Federelemente eine sichere und federnd nachgiebige Kontaktga- be bewirken.

Um eine möglichst kompakte Ausgestaltung, insbesondere bei mehrpoligen Ausführungsformen zu erreichen, hat vorzugsweise der Kontakt-Polschuh an einem der Schenkel eine seitliche Kontaktierung für eine Anschlußleitung.

Zur vereinfachten Handhabung bei der (De-) Montage hat das Kontakt-Federelement zwei voneinander beabstandete Tragebän- der, zwischen denen mehrere lamellenförmige Kontaktstege an- geordnet sind, um zwischen dem Kontakt-Polschuh und dem je- weiligen Flächenabschnitt des Kontaktpols eine elektrische Verbindung herzustellen. Diese Ausgestaltung stellt eine be- sonders hohe Stromtragfähigkeit bei einer hohen Rüttelsicher- heit dar.

Vorzugsweise sind die Tragebänder aus Federstahl hergestellt und die Kontaktstege sind aus Kupfer oder einer Kupferlegie- rung hergestellt, wobei die Kontaktstege so geformt und zwi- schen den Tragebändern so angeordnet sind, daß elektrischer Strom von wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem Kon- takt-Polschuh zugewandten Seite des Kontaktsteges zu wenig- stens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Pol zugewand- ten Seite des Kontaktsteges fließt. Je nach Ausgestaltung können dabei die Kontaktstellen flächen-oder linienförmig sein.

Zur Erleichterung der Montage haben die Kontaktstege vor- zugsweise eine langgestreckte Gestalt und sind mit ihren bei- den Endbereichen in Richtung des Kontakt-Pols oder des Kon- takt-Polschuhs gekrümmt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kon- taktstege gegenüber den Tragebändern aus der Fläche der Tra- gebänder heraus in Richtung des Kontakt-Pols bzw. des Kon- takt-Polschuhs geschränkt. Durch dieses Anstellen der Kon- taktstege unter einem relativ spitzen Winkel von zum Beispiel etwa 5° bis etwa 60° ist eine sichere Kontaktgabe bei gerin- gem Raumbedarf möglich.

Zur Erhöhung der Stabilität und zur Verbesserung der Kontakt- gabe weisen die Kontaktstege die Kantenbereiche auf, die sich beim Zusammenführen des Kontakt-Pols und des Kontakt- Polschuhs in das Material des Kontakt-Pols bzw. des Kontakt- Polschuhs eingraben. Dazu sind Materialien mit entsprechenden Härtegraden zu verwenden.

Um die mechanische Stabilität der Gesamtanordnung insbesonde- re bei der (De-) Montage zu erhöhen, weist der Kontakt-Pol oben und/oder unten (in Verbindung/Löserichtung des Kontakt- Polschuhs gesehen) Vorsprünge auf, um die Tragebänder der Kontakt-Federelemente in Verbindung/Löserichtung festzulegen.

Damit ist sichergestellt, daß auch bei nicht aufgeschobenem Kontakt-Polschuh die Kontakt-Federelemente fest an dem Kon- takt-Pol gehalten sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Kontakt-Pol ei- nen von einem Dichtelement umgebenen Anschlußzapfen, der eine Gehäusewand durchragt. Damit kann eine sehr kompakte, kosten- günstige Lösung für ein flüssigkeits-oder gasdichtes Gehäuse mit außen angeordneten Hochstrom-Kontaktelementen bereitge- stellt werden.

Weitere Eigenschaften, Vorteile, Merkmale und Variationsmög- lichkeiten oder Alternativen der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Rurzbeschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische teilweise Ex- plosionsdarstellung eines Kontakt-Pols mit Kontakt- Federelementen und eines Kontakt-Polschuhs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt einen Hochstromverbinder 10 zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist keine elektronische Baugruppe ge- zeigt.

Der Hochstromverbinder 10 hat einen im wesentlichen quader- förmigen Kontaktpol 12, der aus Kupfer oder einem sonstigen elektrischen Strom gut leitenden Metall geformt ist. An bei- den einander gegenüberliegenden seitlichen Längsflächen 12a des Kontaktpols 12 sind sich über dessen gesamte Länge er- streckende Kontakt-Federelemente 14 angeordnet. Über den Kon- taktpol 12 ist in Richtung des Pfeils P ein Kontakt-Polschuh 16 schiebbar, der den Kontaktpol 12 an dessen beiden seitli- chen Längsflächen 12a und dessen Deckfläche 12 b umgreift.

Dabei stellt der Kontakt-Polschuh 16 im Bereich der beiden Kontakt-Federelemente 14 mit dem Kontakt-Polschuh 16 eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.

Der Kontakt-Polschuh 16 hat eine im Querschnitt etwa U-för- mige Gestalt und übergreift den Kontaktpol 12 in Verbinde/ Lose-Richtung (in bzw. entgegen der Richtung des Pfeils P) mit zwei Schenkeln 16a.

An einem der Schenkel 16a (in Fig. 1 der rechte Schenkel 16a) hat der Kontakt-Polschuh 16 eine (seitlich) nach hinten ab-

stehende Kontaktierung 18 für eine (nicht weiter veranschau- lichte) Anschlußleitung. Die Kontaktierung 18 kann ein Quetsch-, Lot-, Schweiß-oder sonstiger Kontakt mit der An- schlußleitung sein.

Das Kontakt-Federelement 14 hat zwei voneinander beabstandete Tragebänder 20,22, zwischen denen mehrere lamellenförmige Kontaktstege 24 angeordnet sind. Diese Kontaktstege 24 stel- len bei auf den Kontakt-Pol 12 aufgeschobenem Kontakt- Polschuh 16 zwischen dem Kontakt-Polschuh 16 und dem jeweili- gen Flächenabschnitt 12a des Kontaktpols 12 eine elektrische Verbindung her.

Die Tragebänder 20,22 haben einen im wesentlichen rechtecki- gen Querschnitt und sind entweder aus Federstahl oder aus Kupfer (oder einer Kupferlegierung) hergestellt. Die Kontakt- stege 24 sind aus Kupfer oder einer Kupferlegierung herge- stellt. Die Kontaktstege 24 haben eine im wesentlichen recht- eckige blattförmige Gestalt und sind an den vier Ecken abge- rundet. Dies erleichtert das Aufschieben und Abziehen des Kontakt-Polschuhs 16 bzw. dessen Schenkel über die Federele- mente 14. Die Kontaktstege 24 sind zwischen den Tragebändern 20,22 so angeordnet, daß sie aus der (gedachten) Fläche zwi- schen den Tragebändern 20,22 heraus in Richtung des Kontakt- Pols 12 bzw. des Kontakt-Polschuhs 16 geschränkt sind. Damit fließt elektrischer Strom von wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Polschuh 16 zugewandten Seite bzw. Kante 24a der Kontaktstege 24 zu einer gegenüberliegenden Kontakt- stelle an einer dem Kontakt-Pol 12 zugewandten Seite bzw.

Kante 24b der Kontaktsteges 24.

In einer nicht weiter veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung haben die Kontaktstege 24 eine langgestreckte Ge- stalt und sind mit ihren beiden Endbereichen (den Kanten 24a, 24b) in Richtung des Kontakt-Pols 12 bzw der Innenflächen des jeweiligen Schenkels 16a des Kontakt-Polschuhs 16 ge- krümmt.

Die Kantenbereiche 24a, 24b der Kontaktstege 24 graben sich beim Zusammenführen des Kontakt-Pols 12 und des Kontakt-Pol- schuhs 16 in das Material des Kontakt-Pols 12 bzw. des Kon- takt-Polschuhs 16 ein.

Der Kontakt-Pol 12 hat in Verbindung/Löserichtung des Kon- takt-Polschuhs 16 oben und unten an den Seitenflächen 12a verlaufende Vorsprünge 12c bzw. 12d, um die Tragebänder 20 bzw. 22 und damit die Kontakt-Federelemente 14 als ganzes in Verbindung/Löserichtung an den Seitenflächen 12a des Kontakt- Pols 12 festzulegen. Dabei sind die Kontakt-Federelemente 14 so relativ zu dem Abstand der jeweiligen oberen zu den unte- ren Vorsprüngen 12c bzw. 12d so dimensioniert, daß die Trage- bänder 20 bzw. 22 unter geringer Vorspannung an den einander zugewandten Flächen der oberen bzw. der unteren Vorsprüngen 12c bzw. 12d anliegen, wenn die Federelement 14 in Richtung des Pfeils M zwischen den oberen bzw. unteren Vorsprüngen 12c bzw. 12d eingeschoben werden. Zusätzlich können die Vorsprün- ge 12c und 12d zur Sicherung der Kontakt-Federelemente gegen Herausfallen bei nicht aufgeschobenem Kontakt-Polschuh 16 (allerdings nur an den oberen Vorsprüngen 12c gezeigte) Hal- tenasen 12e haben.

Der Kontakt-Pol 12 hat einen von einem Dichtelement 28 umge- benen Anschlußzapfen 30 für eine nicht weiter veranschaulich- te Verbindungsleitung zu einer ebenfalls nicht gezeigten Lei- stungselektronikschaltung. Der Anschlußzapfen 30 durchragt eine Gehäusewand 32 der Steuerelektronik eines Kraftfahrzeu- ges. Es versteht sich, daß mit dem vorstehend beschriebenen Hochstromverbinder auch mehrpolige Anordnungen herstellbar sind, da einfach mehrere Kontakt-Pole 12 nebeneinander mit ihrem jeweiligen Anschlußzapfen 30 in der Gehäusewand 32 an- geordnet werden können.