AUER, Martin (Pfingstl 15, Anger, 83454, DE)
REINER, Gregor (Äußere Rosenheimerstr. 21 c, Traunstein, 83278, DE)
BLAKBORN, Willem (Kachelsteinstr. 20, Inzell, 83334, DE)
AUER, Martin (Pfingstl 15, Anger, 83454, DE)
REINER, Gregor (Äußere Rosenheimerstr. 21 c, Traunstein, 83278, DE)
| Schutzansprüche: Hochstromsteckverbinder zum Übertragen von elektrischen Strömen mit einem Gehäuse (10) aus elektrisch leitendem Werkstoff, welches zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit einem Kabel ausgebildet ist, mindestens eine offene Seite (14) zum Einstecken eines Gegensteckverbinders (12) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff aufweist sowie einen Raum zur Aufnahme des Gegensteckverbinders (12) ausbildet, und mit mindestens einem Kontaktelement (18), welches an dem Gehäuse (10) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es einen elektrischen Kontakt mit Kontaktfläche und Kontaktdruck zwischen dem Gehäuse (10) und einem in das Gehäuse (10) eingesteckten Gegensteckverbinder (12) herstellt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (18) als eine Schraubenfeder ausgebildet ist. Hochstromsteckverbinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegensteckverbinder (12) ein Schwertstecker, Steckerschwert oder Kontaktschwert ist. Hochstromsteckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Schraubenfeder (18) derart angeordnet ist, dass eine Mittellängsachse (38) der Schraubenfeder (18) parallel zu einer Geraden ausgerichtet ist. 4. Hochstromsteckverbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei, vier oder mehr Schraubenfedern (18) vorgesehen sind, wobei die Mittellängsachsen (38) von zwei, drei, vier oder mehr Schraubenfedern parallel zueinander ausgerichtet sind. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schrauben- feder (18)derart angeordnet ist, dass diese das Gehäuse (10) und den Gegensteckverbinder (12) mit radial äußeren Seiten von Windungen (36) der Schraubenfeder (18) elektrisch und mechanisch kontaktiert. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittellängsachse (40) mindestens einer Windung (36), insbesondere aller Windungen (36), der Schraubenfeder (18) bezüglich einer Mittellängsachse (38) der Schraubenfeder (18) um einen vorbestimmten Winkel (42) größer Null verkippt ist. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (10) in dem Raum zur Aufnahme des Gegensteckverbinders (12) ein Halterungselement (20) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff zum Halten der mindestens einen Schraubenfeder (18) an einer vorbestimmten Position angeordnet sowie zur Aufnahme des Gegensteckverbinders (12) ausgebildet ist. Hochstromsteckverbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungselement (20) für jede Schraubenfeder (18) einen Zapfen (26) mit einem freien Ende (28) aufweist, auf dem jeweils eine Schraubenfeder (18) derart angeordnet ist, dass der Zapfen (26) axial in die Windungen (36) der Schraubenfeder eingreift. Hochstromsteckverbinder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungselement (20) zweiteilig (22, 24) ausgebildet ist. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungselement (20) Ausnehmungen (30) aufweist, wobei mindestens eine Schraubenfeder (18) derart angeordnet ist, dass diese eine Ausnehmung (30) durchgreifend das Gehäuse (10) elektrisch und mechanisch kontaktiert sowie in einen Raum innerhalb des Gehäuses (10) für den Gegensteckverbinder (12) hinein ragt. 11. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungselement (20) zwei einander zugewandte Laschen (32, 34) aufweist, die federelastisch auslenkbar sind und deren Abstand kleiner ist als eine Dicke des Gegensteckverbinders (12). 12. Hochstromsteckverbinder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein radialer Durchmesser der mindestens einen Schraubenfeder (18) senkrecht zu einer Mittellängsachse (38) der Schraubenfeder (18) größer ist als ein Abstand zwischen dem Gehäuse (10) und in das Gehäuse (10) eingestecktem Gegensteckverbinder (12). |
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochstromsteckverbinder zum Übertragen von elektrischen Strömen mit einem Gehäuse aus elektrisch leitendem Werkstoff, welches zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit einem Kabel ausgebildet ist, mindestens eine offene Seite zum Einstecken eines Gegensteckverbinders aus einem elektrisch leitenden Werkstoff aufweist sowie einen Raum zur Aufnahme des Gegensteckverbinders ausbildet, und mit mindestens einem Kontaktelement, welches an dem Gehäuse derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es einen elektrischen Kontakt mit Kontaktfläche und Kontaktdruck zwischen dem Gehäuse und einem in das Gehäuse eingesteckten Gegensteckverbinder herstellt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hochstromsteckverbinder zum Übertragen von hohen elektrischen Strömen finden beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb oder Hybridantrieb Anwendung. Hierbei ist ein Hochstromsteckverbinder mit einem Gehäuse vorgesehen, in den ein Kontaktschwert als Gegensteckverbinder einsteckbar ist. Sowohl das Gehäuse als auch das Kontaktschwert sind aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefertigt und mit einem entsprechenden Kabel zum Leiten von elektrischem Strom verbunden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochstromsteckverbinder der o.g. Art hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften auch unter mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Vibrationen, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochstromsteckverbinder der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Bei einem Hochstromsteckverbinder der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kontaktelement als eine Schraubenfeder ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, dass bei besonders niedrigem Bauraumbedarf eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Gehäuse und dem Gegensteckverbinder zur Verfügung steht, welche auch bei hoher Belastung mit mechanischen Vibrationen funktionssicher hohe elektrische Ströme überträgt, ohne dass dabei die Kontaktstellen einem nennenswerten Verschleiß, beispielsweise durch Abrieb, unterworfen sind. Eine besonders gute Übertragung von hohen elektrischen Strömen erzielt man dadurch, dass der Gegensteckverbinder ein Schwertstecker, Steckerschwert oder Kontaktschwert ist.
Einen mechanisch besonders einfachen und gleichzeitig funktionssicheren Aufbau erzielt man dadurch, dass die Schraubenfeder derart angeordnet ist, dass eine Mittellängsachse der Schraubenfeder parallel zu einer Geraden ausgerichtet ist.
Einen einfachen Zusammenbau des Hochstromsteckverbinders erzielt man dadurch, dass zwei, drei, vier oder mehr Schraubenfedern vorgesehen sind, wobei die Mittellängsachsen von zwei, drei, vier oder mehr Schraubenfedern parallel zueinander ausgerichtet sind.
Eine besonders hohe Anzahl von Kontaktstellen mit entsprechend großer Gesamtkontaktfläche erzielt man dadurch, dass die mindestens eine Schraubenfeder derart angeordnet ist, dass diese das Gehäuse und den Gegensteckverbinder jeweils mit radial äußeren Seiten von Windungen der Schraubenfeder elektrisch und mechanisch kontaktiert. Eine Schraubenfeder, welche in radialer Richtung bzw. in Richtung senkrecht zu einer Mittellängsachse der Schraubenfeder elastisch deformierbar ist und dadurch einen entsprechenden Kontaktdruck in radialer Richtung zur Verfügung stellt, erzielt man dadurch, dass eine Mittellängsachse mindestens einer Windung, insbesondere aller Windungen, der Schraubenfeder bezüglich einer Mittellängsachse der Schraubenfeder um einen vorbestimmten Winkel größer Null verkippt ist.
Eine besonders einfache Montage des Hochstromsteckverbinders erzielt man dadurch, dass in dem Gehäuse in dem Raum zur Aufnahme des Gegensteckverbinders ein Halterungselement aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff zum Halten der mindestens einen Schraubenfeder an einer vorbestimmten Position angeordnet sowie zur Aufnahme des Gegensteckverbinders ausgebildet ist.
Eine funktionssichere Halterung der Schraubenfeder an einem vorbestimmten Ort mit ggf. definierter Ausrichtung einer beispielsweise im Querschnitt elliptischen Schraubenfeder erzielt man dadurch das Halterungselement für jede Schraubenfeder einen Zapfen mit einem freien Ende aufweist, auf dem jeweils eine Schraubenfeder derart angeordnet ist, dass der Zapfen axial in die Windungen der Schraubenfeder eingreift.
Eine einfache Montage der Schraubenfedern an dem Halterungselement erzielt man dadurch, dass das Halterungselement zweiteilig ausgebildet ist.
Eine besonders gut mechanische Fixierung der Schraubenfeder erzielt man dadurch, dass das Halterungselement Ausnehmungen aufweist, wobei mindestens eine Schraubenfeder derart angeordnet ist, dass diese eine Ausnehmung durchgreifend das Gehäuse elektrisch und mechanisch kontaktiert sowie in einen Raum innerhalb des Gehäuses für den Gegensteckverbinder hinein ragt. Eine klemmende Fixierung des Gegensteckverbinders in dem Gehäuse, so dass Relativbewegungen des Gegensteckverbinders relativ zum Gehäuse auch bei mechanischer Vibrationsbelastung wirksam vermieden sind, erzielt man dadurch, dass das Halterungselement zwei einander zugewandte Laschen aufweist, die federelastisch auslenkbar sind und deren Abstand kleiner ist als eine Dicke des Gegensteckverbinders.
Einen besonders guten Kontaktdruck der elektrischen Kontaktierung zwischen Gehäuse und Gegensteckverbinder erzielt man dadurch, dass ein radialer Durchmesser der mindestens einen Schraubenfeder senkrecht zu einer Mittellängsachse der Schraubenfeder größer ist als ein Abstand zwischen dem Gehäuse und in das Gehäuse eingestecktem Gegensteckverbinder.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Hochstromsteckverbinders in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 in Explosionsdarstellung,
Fig. 3 den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 mit eingestecktem
Gegensteckverbinder in einer Schnittansicht,
Fig. 4 den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 mit eingestecktem
Gegensteckverbinder in einer perspektivischen Schnittansicht,
Fig. 5 den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 mit eingestecktem
Gegensteckverbinder in einer Schnittansicht,
Fig. 6 ein Halterungselement für den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht, Fig. 7 das Halterungselement gemäß Fig. 6 in einer weiteren perspektivischen Darstellung,
Fig. 8 das Halterungselement gemäß Fig. 6 mit eingestecktem
Gegensteckverbinder in einer weiteren perspektivischen Darstellung,
Fig. 9 ein Kontaktelement für den Hochstromsteckverbinder gemäß Fig. 1 in
Seitenansicht und
Fig. 10 das Kontaktelement gemäß Fig. 9 in Aufsicht.
Die in Fig. 1 bis 5 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbinders zum Übertragen von hohen elektrischen Strömen umfasst ein Gehäuse 10 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, welches einen Raum zur Aufnahme eines schwertförmigen Gegensteckverbinders 12 (Fig. 2 und 5) ausbildet und an einem steckseitigen Ende eine Öffnung 14 zum Einstecken des Gegensteckverbinders 12 aufweist. Das Gehäuse 12 ist an einem dem steckseitigen Ende gegenüber liegenden kabelseitigen Ende 16 zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit einem elektrischen Stromkabel (nicht dargestellt) ausgebildet. Auch der Gegensteckverbinder 12 ist zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit einem elektrischen Stromkabel (nicht dargestellt) ausgebildet.
In dem Gehäuse 10 bzw. in dem Raum innerhalb des Gehäuses 10 für den Gegensteckverbinder 12 sind vier Kontaktelemente 18 in Form von Schraubenfedern aus einem elektrisch leitenden Werkstoff derart angeordnet und ausgebildet, dass die Schraubenfedern 18 eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Gehäuse 10 und dem in das Gehäuse 10 eingesteckten Gegensteckverbinder 12 herstellen. Eine beispielhafte Ausführungsform der Schraubenfedern 18 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 näher beschrieben. In den Fig. 1 bis 8 sind diese Schraubenfedern 18 aus Gründen einer übersichtlichen und vereinfachten Veranschaulichung lediglich schematisch dargestellt. Zur fixierten Anordnung der Schraubenfedern 18 in dem Gehäuse 10 an einem vorbestimmten Ort und in einer vorbestimmten Lage relativ zum Gehäuse 10 ist ein Halterungselement 20 vorgesehen. Dieses ist mit den vormontierten Schraubenfedern 18 in die Öffnung 14 des Gehäuses 10 einsteckbar und verrastet im Gehäuse 10. Das Halterungselement 20 umschließt einen Raum zur Aufnahme des Gegensteckverbinders 12. Mit anderen Worten ist das Halterungselement 20 in dem Gehäuse 10 derart angeordnet und ausgebildet, dass der Gegensteckverbinder 12 in das Halterungselement 20 eingesteckt wird, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich.
Das Halterungselement 20 ist zweiteilig aus einem ersten Halterungsteil 22 und einem zweiten Halterungsteil 24 zusammengesetzt. Das erste Halterungsteil 22 weist Zapfen 26 auf, die einstückig mit dem ersten Halterungsteil 22 ausgebildet sind und jeweils ein freies Ende 28 aufweisen. Diese Zapfen 26 dienen zum Halten der Schraubenfedern 18 und sind in Ausnehmungen 30 des Halterungselementes 20 angeordnet. Für die Montage werden die Schraubenfedern 18 über die freien Enden 28 auf die Zapfen 26 aufgesteckt und anschließend werden des erste Halterungsteil 22 und das zweite Halterungsteil 24 zusammengesetzt. Diese vormontierte Einheit aus Halterungsteilen 22, 24 und Schraubenfedern 18 wird dann in die Öffnung 14 des Gehäuses 10 eingeschoben und rastet im Gehäuse 10 ein. Dieser Zustand ist insbesondere aus Fig. 3 und 4 ersichtlich. Hier ist auch ersichtlich, dass die Schraubenfedern 18 mit deren radial äußeren Seiten ihrer Windungen das Gehäuse 10 mechanisch und elektrisch kontaktieren. Weiterhin ragen die Schraubenfedern 18 in den Raum innerhalb des Gehäuses 10 bzw. innerhalb des Halterungselementes 20 hinein, in den der Gegensteckverbinder 12 eingesteckt wird. Der Zustand mit eingestecktem Gegensteckverbinder ist insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich. Hier ist auch zu erkennen, dass die Schraubenfedern 18 bei eingestecktem Gegensteckverbinder 12 zwischen diesem und einer Innenwandung des Gehäuses 10 eingeklemmt sind. Mit anderen Worten sind die Schraubenfedern 18 in radialer Richtung entgegen einer Federkraft elastisch radial komprimiert. Die sich entsprechend ergebende Rückstellkraft der Schraubenfedern 18 sorgt für einen entsprechenden Kontaktdruck an den Stellen, an denen die Windungen das Gehäuse 10 und den Gegensteckverbinder 12 elektrisch kontaktieren und mechanisch berühren. Dies ist an gegenüberliegenden Außenseiten der Windungen der Schraubenfedern 18 der Fall. Die Vielzahl der Windungen der Schraubenfedern 18 stellt eine entsprechende Vielzahl von Kontaktstellen zwischen den Schraubenfedern 18 und dem Gehäuse 10 einerseits und zwischen den Schraubenfedern 18 und dem Gegensteckverbinder 12 andererseits zur Verfügung. Der Stromfluss über den Hochstromsteckverbinder ist also über eine Vielzahl von einzelnen Windungen der Schraubenfedern 18 verteilt, so dass die einzelnen Windungen der Schraubenfedern 18 jeweils nur einen geringen Anteil des gesamten elektrischen Stromes übertragen müssen. Wie insbesondere aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich, greifen die Schraubenfedern 18 durch die Ausnehmungen 30 des Halterungselementes 20 hindurch. Mit anderen Worten bilden die Ausnehmungen 30 Kontaktierungsfenster für die elektrische und mechanische Kontaktierung des Gehäuses 10 und der Gegensteckverbinders 12 durch die Schraubenfedern 18 aus. Wie aus den Fig. 6 bis 8 hervorgeht, weist das Halterungselement 20 an einem dem steckseitigen Ende des Gehäuses 10 gegenüberliegend angeordneten Ende zwei Laschen 32, 34 auf, die jeweils einstückig mit einem der Halterungsteile 22, 24 ausgebildet und an freien Enden elastisch auslenkbar sind. Ein Abstand der einander zugewandten Laschen 32, 34 ist dabei kleiner als eine Dicke des Gegensteckverbinders 12. Beim Einstecken des Gegensteckverbinders 12 in das Gehäuse 10 und damit in das Halterungselement 20 greift der schwertförmige Gegensteckverbinder 12 durch das Halterungselement 20 hindurch bis zwischen die beiden Laschen 32, 34 hinein. Dadurch werden die Laschen 32, 34 voneinander weg elastisch aufgebogen, so dass auf den Gegensteckverbinder 12 die sich dadurch ergebende, rückstellende Kraft der Laschen 32, 34 einwirkt. Dies führt zu einer entsprechenden Fixierung des Gegensteckverbinders 12 innerhalb des Gehäuses 10 bzw. innerhalb des Halterungselementes 20, die vibrationsdämpfend wirkt. Dadurch ist wirksam sicher gestellt, dass auch bei Einwirkung starker mechanischer Vibrationen auf den Hochstromsteckverbinder mit eingestecktem Gegensteckverbinder die Kontaktstellen zwischen Gegensteckverbinder 12 und Schraubenfedern 18 einerseits sowie zwischen Gehäuse 10 und Schraubenfedern 18 andererseits wirksam zusammen bzw. geschlossen bleiben bzw. kein auch nur kurzzeitiges Öffnen einzelner Kontaktstellen auftritt. Dies hätte nämlich unerwünschten Abrieb einer elektrisch leitenden Beschichtung auf dem Gehäuse 10, den Schraubenfedern 18 und dem Gegensteckverbinder 12 zur Folge und würde ggf. einzelne Teile der Schraubenfedern bzw. einzelne Kontaktstellen zwischen Gegensteckverbinder 12 und Schraubenfedern 18 einerseits sowie zwischen Gehäuse 10 und Schraubenfedern 18 andererseits in unerwünschter Weise mit lokal besonders hohen elektrischen Strömen belasten. Zusätzlich wird diese Vibrationsdämpfung von den Schraubenfedern 18 bzw. von deren rückstellender Kraft in radialer Richtung, d.h. senkrecht zu einer Mittellängsachse der jeweiligen Schraubenfeder 18, unterstützt. Eine beispielhafte und besonders bevorzugte Ausführungsform der Schraubenfedern 18 ist in Fig. 9 und 10 dargestellt. Die Schraubenfeder 18 weist Windungen 36 sowie eine Mittellängsachse 38 auf. Jede einzelne Windung 36 weist für sich genommen ebenfalls eine Mittellängsachse 40 auf. Bei einer herkömmlichen Schraubenfeder fluchten die Mittellängsachsen 38 und 40 miteinander. Bei der dargestellten Schraubenfeder sind jedoch die Windungen 36 bezüglich der Mittellängsachse 38 der Schraubenfeder 18 verkippt, so dass sich ein vorbestimmter Winkel 42 zwischen der Mittellängsachse 38 der Schraubenfeder 18 und der Mittellängsachse 40 einer jeweiligen Windung 36 ergibt, wie in Fig. 9 dargestellt. In einer anderen Betrachtungsweise führen die verkippten Windungen dazu, dass in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse 38 der Schraubenfeder 1 8, wie in Fig. 10 dargestellt, die einzelnen Windungen 36 elliptisch ausgebildet sind, d.h. abweichend von einer Kreisform eine große Hauptachse 44 und eine kleine Hauptachse 46 aufweisen. Durch diese Ausbildung der Schraubenfedern 18 gibt es eine radiale Vorzugsrichtung, in die die Schraubenfedern 18 besonders gut in radialer Richtung elastisch verformbar sind, d.h. hohe Rückstellkräfte bei hohen Auslenkungen ohne plastische Verformung. Dies ist die von der kleinen Halbachse 46 definierte Richtung bzw. eine Richtung entlang einer Geraden im Raum, welche senkrecht zur Mittellängsachse 38 der Schraubenfeder 18 ausgerichtet ist und in einer von den Mittellängsachsen 38 und 40 aufgespannten Ebene liegt. Wie insbesondere aus den Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich, sind die Zapfen 26 im Querschnitt elliptisch ausgebildet, wobei die kleine Halbachse dieser elliptischen Ausbildung der Zapfen 26 senkrecht zu einer Einsteckrichtung für den Gegensteckverbinders 12 ausgerichtet ist. Dies stellt sicher, dass die auf die Zapfen 26 aufgesteckten Schraubenfedern 18 mit verkippten Windungen 36, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, in eben der gleichen Ausrichtung im Gehäuse 10 angeordnet sind, d.h. mit der kleinen Halbachse 46 senkrecht zur Einsteckrichtung des Gegensteckverbinders 12 bzw. senkrecht zur einer Längsachse des Hochstromsteckverbinders. Auf diese Weise ist die kleine Halbachse 46 der Schraubenfedern 18 genau in diejenige Richtung ausgerichtet, in die der Kontaktdruck für die Kontaktstellen der Schraubenfeder 18 bzw. deren Windungen 36 an dem Gehäuse 10 und an dem Gegensteckverbinder 12 aufzubringen ist.
Der Ausdruck "hohe Ströme" bzw. "hohe Stromstärken" bezeichnet hier elektrische Ströme mit einer Stromstärke von 100 A, 200 A, 300 A, 400 A oder mehr.