DILLMANN ADOLF (DE)
HOLP REINER (DE)
EP0949721A1 | 1999-10-13 | |||
FR2754645A1 | 1998-04-17 | |||
US4714441A | 1987-12-22 | |||
DE102015203518A1 | 2016-09-01 |
Ansprüche 1 . Hochstrom-Steckverbindung (1 ) für eine elektrische Verbindung zwischen einer ersten Leitung (1 1 ) und einer zweiten Leitung (12), umfassend: einen an die erste Leitung (1 1 ) anschließbaren Steckerpin (2), - eine an die zweite Leitung (12) anschließbare Steckeraufnahme (3), einen Kontaktkäfig (4), welcher zwischen dem Steckerpin (2) und der Steckeraufnahme (3) angeordnet ist und eingerichtet ist, einen elektrischen Kontakt zwischen dem Steckerpin (2) und der Steckeraufnahme herzustellen, und - ein Federelement (5), welches eine Vorspannung (F) in Axialrichtung (X-X) der Hochstrom-Steckverbindung ausübt. 2. Hochstrom-Steckverbindung nach Anspruch 1 , wobei der Kontaktkäfig (4) einen zylindrischen Basiskörper (43) und eine Vielzahl von Kontaktzungen (40) aufweist, wobei die Kontaktzungen im Wesentlichen in Radialrichtung der Hochstrom-Steckverbindung (1 ) mit dem Steckerpin (2) und der Steckeraufnahme (3) in Kontakt sind. 3. Hochstrom-Steckverbindung nach Anspruch 2, wobei jede Kontaktzunge (40) eine erste 180°-Umbiegung (41 ) und eine zweite 180°-Umbiegung (42) aufweist. 4. Hochstrom-Steckverbindung nach Anspruch 2 oder 3, wobei erste Kontaktbereiche (13) der Kontaktzunge (40) in einer ersten Ebene (E1 ) liegen und zweite Kontaktbereiche (14) der Kontaktzungen in einer zweiten Ebene (E2) liegen, wobei die erste Ebene (E1 ) parallel zur zweiten Ebene (E2) ist. 5. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kontaktzungen (40) ein zylindrisches Hüllelement bilden oder wobei die Kontaktzungen (40) ein konisches Hüllelement bilden. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kappe (7) aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Hauptkörper (72) und einem Deckelbereich mit einer Durchgangsöffnung (71 ), der zur Durchführung des Steckerpins (2) eingerichtet ist. Hochstrom-Steckverbindung nach Anspruch 6, wobei die Durchgangsöffnung (71 ) eine Zentriereinrichtung zur Zentrierung des Steckerpins (2) ist. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steckerpin (2) an einer Stirnseite (22) ein Isolationselement (10) aufweist. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (5) eine Kegelfeder, Wellenfeder, Tellerfeder oder eine Schraubenfeder ist. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein als Berührschutz ausgebildetes Deckelelement (8) aus einem elektrisch isolierenden Material, welches am Steckerpin (2) angeordnet ist. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (5) an der Steckeraufnahme anliegt und/oder wobei das Federelement (5) an dem Steckerpin (2) anliegt. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kühlelement (15), welches insbesondere mit einer Isolationsfolie (50) am Steckerpin (2) und/oder an der Steckeraufnahme (3) angeordnet ist. Hochstrom-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein flexibles Verbindungselement (6), mittels welchem der Steckerpin (2) mit der ersten Leitung (1 1 ) verbindbar ist und/oder mittels welchem die Steckeraufnahme (3) mit der zweiten Leitung (12) verbindbar ist. 14. Fahrzeugbaugruppe, umfassend eine Hochstrom-Steckverbindung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet für eine Steckverbindung zwischen einem Inverter und einer elektrischen Maschine oder einem elektrischen Energiespeicher. 15. Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Antrieb als Fahrzeugantrieb und einen Inverter, wobei eine Hochstrom- Steckverbindung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 eine elektrische Steckverbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem Inverter bereitstellt. |
Titel
Hochstromverbindung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochstrom-Steckverbindung zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung. Ferner betrifft die vorliegende
Erfindung ein Fahrzeug und eine Fahrzeugbaugruppe, umfassend eine
Hochstrom-Steckverbindung zur Verbindung eines Inverters mit einer
elektrischen Maschine oder mit einem elektrischen Energiespeicher.
Steckverbindungen sind aus der Leistungselektronik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Dabei werden üblicherweise Steckkontaktsysteme mit Federkontakten oder mit Schraubverbindungen verwendet. Hierbei ist insbesondere an Schraubverbindungen nachteilig, dass hier eine Zugänglichkeit für ein Schraubwerkzeug notwendig ist. Steckkontakte können dagegen verdeckt gefügt werden. In der Fahrzeugtechnik sollten hierbei die notwendigen
Steckkräfte kleiner als 75 N sein. Nachteilig bei der Verwendung von sog.
Federkontakten sind die aufgrund der erforderlichen Federeigenschaften der
Kontakte schlechten elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten. Weiterhin sind die Kontakte üblicherweise punkt- oder linienförmig und auf wenige mm 2 begrenzt. Aufgrund der sehr geringen Kontaktflächen ergibt sich jedoch ein hoher elektrischer und ein hoher thermischer Widerstand, welcher zu einer starken Erwärmung des Kontaktsystems führt. Dadurch wird jedoch eine
Stromtragfähigkeit begrenzt. Bisher liegt dabei die Grenztemperatur für
Kontaktsysteme bei ca. 180°C. Ferner ist aus der DE 10 2015 203 518 A1 eine Steckverbindung bekannt, bei der eine elektrische Verbindung mittels einer Spannzange mit zwei oder mehreren Spannbacken vorgeschlagen wird.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Hochstrom-Steckverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dabei den Vorteil auf, dass zur Verbindung eines Steckerpins mit einer Steckeraufnahme nur sehr geringe Steckkräfte notwendig sind. Hierbei müssen erfindungsgemäß insbesondere Kontaktzonen nicht geweitet werden und eine Kontaktkraft ist nur auf einem sehr kurzen Weg wirksam. Bevorzugt ist der Kraftaufwand mittels Hebeln oder Keilen minimiert. Darüber hinaus ist ein sehr geringer elektrischer und thermischer Übergangswiderstand vorhanden. Weiterhin kann eine Relativbewegung an den Kontaktbereichen infolge einer Erwärmung aufgrund einer starken Oberflächenpressung verhindert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Hochstrom-
Steckverbindung neben dem Steckerpin und der Steckeraufnahme einen Kontaktkäfig aufweist, welcher zwischen dem Steckerpin und der
Steckeraufnahme angeordnet ist. Der Kontaktkäfig stellt einen elektrischen Kontakt zwischen dem Steckerpin und der Steckeraufnahme bereit. Ferner ist ein separates Federelement vorgesehen, welches zwischen Steckerpin und
Steckeraufnahme eine Vorspannung in Axialrichtung der Hochstrom- Steckverbindung ausübt. Die Axialrichtung der Hochstrom-Steckverbindung ist dabei gleichzeitig auch die Steckrichtung. Somit kann ein Steckkontaktsystem ohne Federkontakte oder dgl. realisiert werden, da die axiale Vorspannkraft mittels des separaten Federelements außerhalb der eigentlichen
Steckverbindung erbracht wird. Dadurch ist es ferner möglich, dass die
Oberflächen der Kontaktbauteile beschichtet werden können. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Hochstrom-Steckverbindung auch hohen
Vibrationsbelastungen widerstehen, ohne dass eine Relativbewegung zwischen den direkten Kontaktbauteilen auftritt. Die Relativbewegung wird hierbei selbst im μ ΓΤΐ-Bereich verhindert. Somit ist die erfindungsgemäße Hochstrom- Steckverbindung insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet. Der erfindungsgemäße Aufbau der Hochstrom-Steckverbindung stellt ferner eine geringe Bauhöhe sicher, da nur eine geringe Fügetiefe erforderlich ist. Auch sind Mehrfachsteckungen möglich und es ist eine einfache thermische Anbindung der
Kontaktbereiche an eine Wärmesenke zur Entwärmung möglich, was eine Nutzung in Fahrzeugen weiter verbessert.
Da das Federelement separat von den eigentlichen Kontaktbauteilen vorgesehen ist, kann eine Auslegung des Federelements ausschließlich an den gewünschten
Federeigenschaften ermöglicht werden. Im Stand der Technik müssen die bisher verwendeten Federzungen neben der Auslegung hinsichtlich den Federeigenschaften auch eine Auslegung betreffend einer Stromübertragung erfüllen, so dass jeweils nicht das Optimum der jeweiligen Anforderungen erreichbar ist. Dies kann durch die vorliegende Erfindung gelöst werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise weist der Kontaktkäfig eine Vielzahl von Kontaktzungen auf, welche im Wesentlichen in Radialrichtung einerseits mit dem Steckerpin und andererseits mit der Steckeraufnahme in direktem Kontakt sind. Besonders bevorzugt weist dabei jede Kontaktzunge eine erste und zweite 180°-Umbiegung auf. Hierdurch kann der Kontaktkäfig eine hohe Stabilität aufweisen.
Vorzugsweise sind dabei die erste und zweite 180°-Umbiegung in die gleiche Richtung umgebogen, so dass sich eine schneckenartige, innere Windung mit drei parallelen Bereichen ergibt. Ein Querschnitt der Kontaktzungen ist vorzugsweise viereckig, insbesondere rechteckig. Hierdurch ist es möglich, dass an den Kontaktzungen großflächige Kontaktlinien einerseits zum Steckerpin und andererseits zur Steckeraufnahme ermöglicht werden.
Bevorzugterweise liegen erste Kontaktbereiche der Kontaktzunge in einer ersten Ebene und zweite Kontaktbereiche der Kontaktzungen in einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene parallel zur zweiten Ebene ist.
Vorzugsweise bilden die Kontaktzungen ein zylindrisches Hüllelement oder die Kontaktzungen bilden ein konisches Hüllelement.
Weiter bevorzugt umfasst die Hochstrom-Steckverbindung ferner eine Kappe aus einem isolierenden Material mit einem zylindrischen Hauptkörper und einem Deckelbereich mit einer Durchgangsöffnung zur Durchführung des Steckerpins. Die Durchgangsöffnung ist vorzugsweise eine Zentriereinrichtung. Dadurch kann der Steckerpin während des Fügevorgangs in der Durchgangsöffnung zentriert werden, so dass ein sicheres Fügen ohne Querkräfte, die auf den Kontaktkäfig und/oder die Steckeraufnahme wirken könnten, möglich ist.
Aus Sicherheitsaspekten umfasst der Steckerpin ferner an einer zur
Steckeraufnahme gerichteten Stirnseite ein Isolationselement, insbesondere einen Isolationspin mit einem Kopf, welcher die komplette Stirnseite abdeckt. Das separate Federelement ist vorzugsweise eine Kegelfeder, Wellenfeder, Tellerfeder oder eine Schraubenfeder.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Hochstrom-Steckverbindung ferner ein Deckelelement aus einem isolierten Material, welches am Steckerpin angeordnet ist. Dadurch kann ein einfacher Berührschutz, insbesondere bei Hochvolt-Anwendungen, ermöglicht werden.
Ein Aufbau der Hochstrom-Steckverbindung ist bevorzugt derart, dass das Federelement an der Steckeraufnahme anliegt und/oder dass das Federelement am Steckerpin anliegt. Es sei angemerkt, dass es üblicherweise ausreichend ist, nur ein Federelement vorzusehen, welches eine Federkraft entweder auf die Steckeraufnahme oder den Steckerpin ausübt. Das Federelement kann dabei in direktem Kontakt mit der Steckeraufnahme oder dem Steckerpin sein oder es kann zusätzlich noch, falls gewünscht, ein Zwischenelement vorgesehen sein, beispielsweise ein Gehäuse zur Aufnahme des Federelements.
Weiter bevorzugt umfasst die Hochstrom-Steckverbindung ein Kühlelement. Das Kühlelement ist besonders bevorzugt an einer Rückseite des Steckerpins und/oder an einer Rückseite der Steckeraufnahme angeordnet. Somit kann eine direkte Kühlung der Hochstrom-Steckverbindung ermöglicht werden. Das Kühlelement kann hierbei ein in der Anwendung vorhandener Kühlkreislauf sein, beispielsweise ein Kühlkreislauf eines Elektromotors eines Fahrzeugs, öder es kann ein Kühlkörper verwendet werden.
Der Steckerpin und/oder die Steckeraufnahme und/oder der Steckerkäfig weisen weiter bevorzugt keine Beschichtung auf. Ferner ist es alternativ möglich, Komponenten zu beschichten, Die Beschichtung wird vorzugsweise mit einem Beschichtungsmaterial, umfassend Sn, Ag, Au und/oder Pa, ausgeführt.
Weiterhin ist bevorzugt ein flexibles Verbindungselement vorgesehen, mittels welchem der Steckerpin mit einer ersten elektrischen Leitung verbindbar ist und/oder mittels welchem die Steckeraufnahme mit einer zweiten elektrischen Leitung verbindbar ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromschienen- Steckverbindung, umfassend eine erfindungsgemäße Hochstrom- Steckverbindung. Die Stromschienen-Steckverbindung verbindet eine
Leistungselektronik, vorzugsweise mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor eines Fahrzeugs.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugbaugruppe, umfassend eine erfindungsgemäße Hochstrom-Steckverbindung, welche eingerichtet ist für eine Steckverbindung zwischen einem Elektromotor eines Fahrzeugs und einer elektrischen Leistungselektronik. Durch die erfindungsgemäße Hochstrom- Steckverbindung sind aufgrund des geringen Bauraums problemlos
Mehrfachsteckungen in Parallelanordnungen möglich. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer derartigen Fahrzeugbaugruppe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: eine schematische Schnittansicht einer Hochstrom- Steckverbindung gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht der Hochstrom- Steckverbindung von Figur 1 , welche einen Stromfluss durch die Steckverbindung verdeutlicht,
Figur 3 ein Steckerpin der Hochstrom-Steckverbindung von Figur 1 ,
Figur 4 ein Kontaktkäfig der Hochstrom-Steckverbindung von Figur 1 ,
Figur 5 eine Kontaktzunge im Detail des Kontaktkäfigs von Figur 4,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Steckeraufnahme von Figur
1 mit einem flexiblen Verbindungselement, Figuren 7, 8 Ansichten einer Kappe zur Zentrierung des Steckerpins,
Figuren 9a-9e eine Darstellung des Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen
Hochstrom-Steckverbindung gemäß Figur 1 ,
Figur 10 ein Anwendungsbeispiel der Hochstrom-Steckverbindung von
Figur 1 ,
Figur 1 1 eine Hochstrom-Steckverbindung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 12 eine Hochstrom-Steckverbindung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 10 eine Hochstrom- Steckverbindung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 , welche den zusammengesteckten Zustand zeigt, ersichtlich ist, umfasst die Hochstrom-Steckverbindung 1 einen Steckerpin 2, eine
Steckeraufnahme 3 und einen Kontaktkäfig 4. Der Kontaktkäfig 4 ist in einem zylindrischen Hauptaufnahmeraum 30 der Steckeraufnahme 3 angeordnet. Der Kontaktkäfig 4 ist somit zwischen dem Steckerpin 2 und der Steckeraufnahme 3 angeordnet. Der Kontaktkäfig 4 weist eine konische Hüllkurve auf.
Ferner umfasst die Hochstrom-Steckverbindung 1 ein Federelement 5, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine Kegelfeder ist. Das Federelement 5 ist ein separates Element und außerhalb der eigentlichen Steckverbindung angeordnet.
Der Steckerpin 2 ist an eine erste Leitung 1 1 , z.B. Busbar, anschließbar und die Steckeraufnahme 3 ist an eine zweite Leitung 12 anschließbar.
Wie aus Figur 1 weiter ersichtlich ist, umfasst die Hochstrom-Steckverbindung 1 ferner ein flexibles Verbindungselement 6, welches zwischen der
Steckeraufnahme 3 und der zweiten Leitung 12 angeordnet ist. Das flexible Verbindungselement 6 verhindert eine Krafteinwirkung, welche beispielsweise während des Steckvorgangs auftreten kann, auf die zweite Leitung 12.
Weiterhin ist eine Kappe 7 aus einem elektrisch isolierenden Material vorgesehen. Die Kappe 7 umschließt die Steckeraufnahme 3 vollständig. Die
Kappe 7 ist im Detail in den Figuren 7 und 8 gezeigt und weist einen
zylindrischen Hauptkörper 72 sowie eine Durchgangsöffnung 71 in einem Deckelbereich auf. Die Durchgangsöffnung 71 dient zur Durchführung des Steckerpins 2 wie in Figur 1 dargestellt. Hierbei ist die Durchgangsöffnung 71 als Zentriereinrichtung ausgebildet und zentriert den Steckerpin 2. Hierbei liegt ein zylindrischer Hauptkörper 20 des Steckerpins in der Durchgangsöffnung 71 an. Die Kappe 7 umfasst ferner noch zusätzlich einen Anschlag 73 für die
Steckeraufnahme 3 sowie eine Clipsverbindung 74 für ein Fügen mit der Steckeraufnahme 3.
Weiterhin umfasst die Hochstrom-Steckverbindung als Berührschutz ein
Deckelelement 8, welches am Steckerpin 2 angeordnet ist, wobei der Steckerpin 2 durch das Deckelelement 8 hindurchgeführt ist und das Deckelelement 8 die Hochstrom-Steckverbindung 1 vor äußeren Einflüssen schützt. Wie in Figur 1 gezeigt, liegt ein unterer Rand des Deckelelements 8 auf einem äußeren
Umfangsflansch 75 der Kappe 7 auf. Das Deckelement 8 bildet zusammen mit dem Isolationspin 10 einen Schutz gegen Berührung der spannungsführenden Teile. Das Federelement 5 ist in einem Gehäuse 9 angeordnet. An einem oben offenen
Rand des Gehäuses 9 liegt das Deckelelement 16 an.
Das Federelement 5 stellt hierbei einen gewissen Federweg bereit, welcher sowohl während des Fügevorgangs als auch während des gefügten Zustande, d.h., im Betrieb, vorhanden ist. Hierdurch kann eine schüttelfeste Ausgestaltung der Hochstrom-Steckverbindung realisiert werden.
Der Kontaktkäfig 4 ist im Detail aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich. Der Kontaktkäfig 4 umfasst eine Vielzahl von Kontaktzungen 40, welche an einem zylindrischen Basiskörper 43 angeordnet sind. Die Kontaktzungen 40 sind dabei in Axialrichtung des Kontaktkäfigs 4 am zylindrischen Basiskörper 43
angeordnet. Die Kontaktzungen sind alle gleich ausgebildet. Figur 5 zeigt ein Detail einer Kontaktzunge 40. Die Kontaktzunge 40 umfasst eine erste 180°-Verbindung 41 und eine zweite 180°-Verbindung 42. Hierdurch ergibt sich, wie in Figur 5 gezeigt, ein schneckenartiger Aufbau jeder Kontaktzunge. Hierbei weist jede Kontaktzunge drei gerade Bereiche 43a, 43b und 43c auf, welche zueinander parallel angeordnet sind. Abhängig von einer Länge eines Schaftes 44 jeder Kontaktzunge weist der Kontaktkäfig 4 minimale federnden Eigenschaften auf. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist der Schaft 44 in
Axialrichtung des Kontaktkäfigs möglichst kurz ausgeführt.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist der Steckerpin 2 einen Hauptkörper 20 und einen konischen Bereich 21 auf. Der Hauptkörper 20 ist mit der ersten Leitung elektrisch verbunden. An einer Stirnseite 22 des Steckerpins 2 ist eine
Ausnehmung zur Aufnahme eines Isolationspins 10 ausgebildet.
Wie aus den Figuren 1 und 2 sowie 5 ersichtlich ist, wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Steckerpin 2 und der Steckeraufnahme 3 über den Kontaktkäfig 4 hergestellt. Hierbei sind an jeder Kontaktzunge 40 ein erster Kontaktbereich 13 zum Steckerpin 2 und ein zweiter Kontaktbereich 14 zur Steckeraufnahme 3 ausgebildet. Der erste und zweite Kontaktbereich 13, 14 sind dabei linienartige Flächenkontakte, d.h., es ist ein linienartiger, eine gewisse Breite aufweisender Flächenbereich als Kontaktbereich vorgesehen. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, liegen dabei die ersten Kontaktbereiche 13 in einer ersten Ebene E1 und die zweiten Kontaktbereiche 14 in einer zweiten Ebene E2. Die beiden Ebenen E1 , E2 sind parallel zueinander, jedoch um einen kleinen Abstand A voneinander beabstandet.
Figur 2 zeigt im Detail den Stromfluss durch die Hochstrom-Steckverbindung 1 , wobei der Stromfluss durch die Pfeile angedeutet ist. Hierbei fließt der Strom aus der ersten Leitung 1 1 über den Steckerpin 2 und den konischen Bereich 21 zu den Kontaktzungen 40 des Kontaktkäfigs 4. An jeder Kontaktzunge ist der Stromfluss ausgehend vom ersten Kontaktbereich 13 über den die erste 180°- Verbindung 41 zum zweiten Kontaktbereich 14 und von dort in die
Steckeraufnahme 3. Ferner ergibt sich ein zusätzlicher Stromfluss über die Kontaktzungen 40 und den Basiskörper 43 zu einem Bodenbereich 31 der
Steckeraufnahme 3. Der Basiskörper 43 liegt dabei auf dem Bodenbereich 31 auf. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist als Kühlelement ein Kühlkörper 15 über eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Folie 50 an einer Rückseite des Steckerpins 2 angeordnet. Hierdurch kann eine effektive Kühlung der Hochstrom-Steckverbindung 1 ermöglicht werden.
Die Hochstrom-Steckverbindung 1 weist einen sehr kompakten Aufbau auf und ermöglicht aufgrund der Ausgestaltung mit Steckerpin 2, Steckeraufnahme 3 und Kontaktkäfig 4 nur geringe Steckkräfte, da die Kontaktbereiche nicht geweitet werden müssen und eine Kontaktkraft nur auf einem sehr kurzen Weg wirksam ist. Der Fügevorgang der Hochstrom-Steckverbindung 1 ist in den Figuren 9a bis 9e Schritt für Schritt dargestellt.
Figur 9a zeigt hierbei einen Zustand, in welchem die Steckverbindung offen ist. Figur 9b zeigt einen Zustand, in welchem eine Vorzentrierung erfolgt. Die Vorzentrierung erfolgt hierbei zwischen der Kappe 7 und dem Deckelelement 8. Figur 9c zeigt eine Feinzentrierung des Steckerpins 2 in der Durchgangsöffnung 71 der Kappe 7. Hierbei ist kein Kontakt zwischen der Kappe 7 und dem
Deckelelement 8 mehr vorhanden. Figur 9d zeigt den Zustand, an welchem der konische Bereich 21 des Steckerpins 2 mit den Kontaktzungen 40 des
Kontaktkäfigs 4 in Kontakt kommt. Bis zu diesem Zeitpunkt war ein kraftfreies Fügen zwischen dem Steckerpin 2 und der Steckeraufnahme 3 möglich.
Hierdurch ergibt sich ein großer kraftfreier Fügebereich B, wie in den Figuren 9a bis 9d angedeutet. Anschließend erfolgt ein kraftbeaufschlagter Fügebereich C, welcher im Vergleich zum kraftfreien Fügebereich B sehr klein ist. Der kraftbeaufschlagte Fügebereich C beträgt ca. 1/10 bis 1 /5 des kraftfreien Fügebereichs B. Figur 9e zeigt dann den Endzustand, d.h., den gefügten Zustand zwischen Steckerpin 2 und Steckeraufnahme 3. Wie weiterhin auch in den Figuren 9a bis 9e angedeutet, kann der Fügevorgang auch bei
nichthorizontaler Ausrichtung von Steckerpin und Steckeraufnahme ermöglicht werden.
Somit kann erfindungsgemäß ein sehr geringer elektrischer und thermischer Übergangswiderstand realisiert werden. Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass als Grundmaterial für die Kontaktpartner, d.h., den Steckerpin 2, die Steckeraufnahme 3 und den Kontaktkäfig 4 ein hochleitfähiges Material wie Kupfer oder Aluminium verwendet werden kann. Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Relativbewegung an den Kontaktbereichen 13, 14 zwischen dem Steckerpin 2, der Steckeraufnahme 3 und den Federzungen 40 verhindert. Das flexible Verbindungselement 6 nimmt eine in Axialrichtung X-X der Hochstrom- Steckverbindung 1 auftretende Kraft auf und hält diese Kraft somit von den Kontaktbereichen fern. Um die Kontaktwiderstände weiter zu verbessern, können auch die Oberflächen der Kontaktpartner beschichtet werden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Hochstrom-Steckverbindung auch verdeckt gefügt werden.
Eine Anwendung der Hochstrom-Steckverbindung ist in Figur 10 gezeigt. Figur 10 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 16 und ein Steuergerät 17 mit
Stromschienen (Busbar) 18. Zwischen der elektrischen Maschine und der Busbar 18 ist die in Figur 1 gezeigte Hochstrom-Steckverbindung 1 im nichtverbundenen Zustand dargestellt. Der Pfeil 19 zeigt die Montagerichtung bzw. Steckrichtung für die Hochstrom-Steckverbindung 1 . An der elektrischen Maschine 16 kann ein Kühlkreislauf (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welcher unmittelbar benachbart zur Hochstrom-Steckverbindung 1 verläuft und somit auch diese kühlen kann. Die erfindungsgemäße Hochstrom-Steckverbindung 1 ist insbesondere zur Anwendung bei Elektromotoren von Fahrzeugen einsetzbar, da die Hochstrom- Steckverbindung 1 hohe Vibrationsbelastungen aushält. Durch die Keilwirkung des konischen Bereichs 21 des Steckerpins 2 können hohe Spannkräfte zwischen Steckerpin 2, Kontaktkäfig 4 und Steckeraufnahme 3 erreicht werden, wodurch selbst eine Relativbewegung im μ ΓΤΐ-Bereich verhindert werden kann.
Figur 1 1 zeigt schematisch eine Hochstrom-Steckverbindung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel ein erster und zweiter Kontaktbereich 13, 14 mit einer großen Kontaktfläche realisiert. Dies wird dadurch erreicht, dass an der Steckeraufnahme 3 ein konischer Bereich 31 vorgesehen ist, an welchem die Kontaktzungen 40 des Kontaktkäfigs 4 anliegen.
Die Kontaktzungen 40 sind hierbei in einem Winkel α von ca. 160° ebenfalls konisch zum Basiskörper 43 angeordnet. Somit bilden die Kontaktzungen 40 ein konisches Hüllelement. Die Konizität des konischen Bereichs 21 des
Steckerpins, der Kontaktzungen 40 und des konischen Bereichs 31 der
Steckeraufnahme ist vorzugsweise gleich. Hierdurch kann eine kraftfreie elektrische Verbindung mit großen ersten und zweiten Kontaktbereichen 13, 14, welche deutlich größer als im ersten Ausführungsbeispiel sind, realisiert werden. Als weiterer Unterschied ist das Federelement 5 im zweiten Ausführungsbeispiel eine Zylinderfeder. Das Federelement 5 übt eine Vorspannkraft F in Richtung auf die Steckeraufnahme 3 aus.
Figur 12 zeigt eine Hochstrom-Steckverbindung 1 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu die Anordnung des Federelements 5, des Kühlkörpers 15 und des flexiblen
Verbindungselements 6 umgekehrt wurden. Mit anderen Worten ist das
Federelement 5 beim dritten Ausführungsbeispiel direkt in Kontakt mit dem Steckerpin 2 und übt eine Vorspannkraft F in Axialrichtung X-X auf den
Steckerpin 2 aus. Der Kühlkörper 15 ist an der Steckeraufnahme 3 angeordnet und das flexible Verbindungselement 6 ist zwischen dem Steckerpin 2 und der ersten Leitung 1 1 angeordnet. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.