AT520112A1

AT520112A1 - Elektrisches Steckersystem

Info

Publication number: AT520112A1
Application number: ATA51093/2017A
Authority: AT
Inventors: Ing David Fauland Dipl; Ing Patrick Sabathy Dipl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2017-12-30
Filing date: 2017-12-30
Publication date: 2019-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steckersystem (1), welches zumindest einen Steckkörper (2) mit zumindest zwei, vom Steckkörper (2) abstehenden Steckkontakten (4) beinhaltet und zumindest eine Steckbuchse (3) die zumindest zwei Steckkontaktaufnahmen (6) aufweist. Auf dem Steckkörper (2) zwischen den Steckkontakten (4) oder auf der Steckbuchse (3) zwischen den Steckkontaktaufnahmen (6) ist ein Trennelement (5) angeordnet, welches zumindest in einem montierten Zustand des Steckersystems (1) die elektrische Kriechstrecke zwischen den Steckkontakten (4) und den Steckkontaktaufnahmen (6) verlängert, sodass alle potentiell auftretenden Kriechströme unterbrochen sind und ein sicherer Betrieb des Steckersystems (1) gewährleistet ist.

Description

Elektrisches Steckersystem

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steckersystem für einen Hochvolt

Multikontaktstecker, beinhaltend zumindest einen Steckkörper und zumindest eine

Steckbuchse, wobei der Steckkörper zumindest zwei, vom Steckkörper abstehende

Steckkontakte und die Steckbuchse zumindest zwei Steckkontaktaufnahmen aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Steckersysteme bekannt, welche die

Anforderungen für eine Verwendung im Hochvoltbereich, welcher Spannungen zwischen 60V und bis zu 1500V im Gleichspannungsbereich und zwischen 30V und bis zu 1000V im Wechselspannungsbereich impliziert, und besonders für eine Verwendung in der Fahrzeugtechnik, insbesondere bei Hybrid- und

Brennstoffzellenfahrzeugen sowie Elektrofahrzeugen, zu erfüllen haben.

Darüber hinaus sind Hochvolt (HV) Steckersysteme bekannt, welche über kombinierte Stecksysteme mehrere Signale übertragen. Dabei hat sich bei Lösungen aus dem Stand der Technik herausgestellt, dass im HV-Bereich üblicherweise die Leitfähigkeit solcher Stecksysteme aufgrund von elektrischen Luft- und

Kriechstrecken zunimmt bzw. deren Kriechströme ein massives Problem bezüglich der Betriebssicherheit darstellen.

Der Unterschied der auftretenden elektrischen Spannungspotentiale zwischen einzelnen Kontakten eines HV-Stecksystems zwischen beispielsweise einzelnen

Spannungsebenen kann sehr hoch sein und so kann es zu schadhaften Überschlägen zwischen verschiedenen Spannungspotentialen kommen. Diese Überschläge können sowohl die Stecksysteme schädigen als auch die beispielsweise durch solche Stecksysteme verbundenen Batterien oder

Messanordnungen und ähnliches in Mitleidenschaft ziehen.

Die EP 1086516 B1 offenbart beispielsweise einen Steckverbinder mit Isolierflansch, wobei der Isolierflansch die Kriechstrecke verlängert und so das Risiko eines Funkenüberschlags zwischen den Kontaktelementen im montierten Zustand des Steckverbinders verringert.

Nachteilig an bekannten Steckverbindungen ist, dass die Kontaktelemente so ausgeführt sind, dass sie in einem montierten Zustand, nicht aber im rein strombelasteten Zustand, ohne Kontaktierung der Steckverbindung, einen sicheren

Betrieb gewährleisten. Darüber hinaus nehmen diese Lösungen sehr viel Bauhöhe in Anspruch und sind nicht ohne weiteres in andere Systeme wie beispielsweise Printed Circuit Boards (PCB) oder Flexible Printed Circuit Boards (FPCB), also Leiterplattentechnik, integrierbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckersystem bereit zu stellen, bei dem in einer optimalen Art und Weise auftretende Kriechströme minimiert werden und ein sicherer Betrieb einer Steckverbindung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes Steckersystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Trennelement vorgesehen ist, welches auf dem Steckkörper zwischen den Steckkontakten oder auf der Steckbuchse zwischen den Steckkontaktaufnahmen angeordnet und dazu eingerichtet ist, in einem montierten Zustand des Steckersystems die elektrische Kriechstrecke zwischen den

Steckkontakten und den Steckkontaktaufnahmen zu verlängern. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, potentiell auftretende elektrische Kriechströme zu unterbrechen.

Als Kriechstrom ist ein Leckstrom zu verstehen, welcher zwischen zwei elektrischen Potentialen an der Oberfläche eines Isolierstoffes entlang fließt.

Als Luftstrecke ist die kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Teilen zu verstehen. Luftstrecken müssen so bemessen werden, dass sie einer jeweils geforderten Steh-Stoßspannung standhalten und zur Normierung von Kriechströmen dienen können.

Als Kriechstrecke ist die kürzeste Entfernung entlang der Oberfläche eines festen

Isolierstoffes zwischen zwei elektrischen potentialführenden, leitenden Teilen zu verstehen.

Als montierter Zustand eines Steckersystems im Sinne der Erfindung ist ein Zustand zu verstehen, in welchem die Steckkontakte des Steckkörpers in die Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse gesteckt sind und so eine elektrische

Verbindung zwischen dem Steckkörper und der Steckbuchse hergestellt wird. Dazu sind die Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse korrespondierend zu den

Steckkontakten des Steckkörpers ausgeführt.

In einer Variante der Erfindung ist das Trennelement am Steckkörper angeordnet und vom Steckkörper in die gleiche Richtung wie die Steckkontakte abstehend ausgeführt und in der Steckbuchse ist eine zum Trennelement korrespondierende, buchsenseitige Ausnehmung vorgesehen, welche im montierten Zustand des

Steckersystems das Trennelement zumindest teilweise aufnimmt. Das bedeutet, dass sich beispielsweise das Trennelement im montierten Zustand teilweise zwischen Steckkörper und Steckbuchse, teilweise (bzw. über einen Teil seiner Längserstreckung) in der buchsenseitigen Ausnehmung befindet. Das Trennelement ist also so am Steckkörper angeordnet, dass das Trennelement in die gleiche Richtung wie die Steckkontakte absteht. In der Steckbuchse ist, korrespondierend zum Trennelement, eine buchsenseitige Ausnehmung vorgesehen, welche im montierten Zustand das Trennelement aufnimmt.

Um sowohl eine optimale Verlängerung der Kriechstrecke, als auch der Luftstrecke zu erreichen, ist die Länge des Trennelements in einer vom Steckkörper wegweisenden Richtung zumindest gleich lang wie die Länge der Steckkontakte.

Dies hat den Vorteil, dass sowohl die Kriech- als auch die Luftstrecken für die auftretenden HV-Leckströme verlängert werden und so keine Überschläge zwischen verschiedenen Potentialen der Steckkontakte stattfinden.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist das Trennelement als Teil der Steckbuchse ausgeführt und die Länge des Trennelements ist zumindest gleich der Länge der im montierten Zustand in den Steckkontaktaufnahmen befindlichen Steckkontakte. Die Länge des Trennelements ist hier also so gewählt, dass diese zumindest gleich der Länge der Steckkontakte der Steckkontaktaufnahmen im montierten Zustand entspricht. Dies ist insofern sehr vorteilhaft, da das erfindungsgemäße elektrische Steckersystem dadurch nicht nur im montierten Zustand betriebssicher ist, sondern auch im rein strombelasteten Zustand, also einem Zustand, in dem zwar die Spannung zwischen den Steckkontakten bereits anliegt, aber noch keine Kontaktierung von Steckkontakt und Steckkontaktaufnahme getätigt wurde. In diesem rein strombelasteten Zustand ist beim erfindungsgemäßen

Steckersystem bereits eine Verlängerung der Kriechstrecke zwischen potentialführenden Kontakten gegeben.

Vorzugsweise ist das Trennelement so ausgeführt, dass es im montierten Zustand zumindest teilweise in eine, im Steckkörper zwischen den Steckkontakten ausgeführte steckerseitige Ausnehmung aufgenommen wird.

Wird nun das erfindungsgemäße elektrische Steckersystem wie beschrieben so in den montierten Zustand versetzt, dass die Steckkontakte des Steckkörpers in die

Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse gesteckt werden und eine elektrische

Verbindung zwischen dem Steckkörper und der Steckbuchse hergestellt wird, wird das Trennelement je nach Variante durch die entsprechende Ausnehmung im

Steckkörper oder in der Steckbuchse aufgenommen. Die steckerseitige

Ausnehmung wird so ausgeführt, dass diese vorteilhafterweise zwischen den

Steckkontakten des Steckkörpers positioniert ist und so die Kriechstrecke zwischen den Steckkontakten verlängert. Die alternative, buchsenseitige Ausnehmung wird zwischen den Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse ausgeführt. Sowohl die steckerseitige Ausnehmung, als auch die alternative buchsenseitige Ausnehmung nehmen im montierten Zustand des Steckersystems das Trennelement auf und verlängern somit erheblich die Kriechstrecke zwischen den potentialführenden

Steckkontakten.

Das Trennelement selbst kann entsprechend dem Layout von Steckkontakten und

Steckkontaktaufnahmen geometrisch so ausgeführt werden, dass beispielsweise verschiedene Potentialebenen voneinander über das Trennelement getrennt werden und es zu keinen elektrischen Überschlägen zwischen den verschiedenen Potentialen kommt, da das Trennelement sowohl die Luft- als auch die Kriechstrecke verlängert und so der Kriechstrom nicht von einem Potential zum anderen Potential fließen kann.

Vorteilhafterweise wird das Trennelement aus einem isolierenden Werkstoff ausgeführt, welcher entsprechend der Spannungsebenen bzw. den dementsprechenden Normen anzupassen ist. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn das Trennelement aus einem - vorzugsweise spritzfähigen - Kunststoff ausgeführt ist und direkt auf den Steckkörper oder die Steckbuchse aufgespritzt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Trennelement beispielsweise in einem Arbeitsschritt mit dem Steckkörper und/oder der Steckbuchse produziert werden kann und eine kostenintensive Assemblierung des Trennelements wegfällt.

In einer Variante der Erfindung ist das Trennelement einstückig mit dem Steckkörper oder der Steckbuchse ausgeführt. Eine einstückige Ausführung lässt sich beispielsweise erzielen, wenn das Trennelement mit Steckkörper oder -buchse mitspritzgegossen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht es weiter möglich, die

Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse so auszuführen, dass die Bauhöhe extrem verringert werden kann und so ein sicherer Betrieb einer Steckverbindung, sogar in Verbindung mit beispielsweise einer Standardleiterplatte oder einer Flexiblen Leiterplatte im HV-Bereich gewährleistet wird, was einen erheblichen Vorteil gegenüber bekannten Lösungen darstellt. In einer Variante der Erfindung sind dabei die Steckkontaktaufnahmen der Steckbuchse als Öffnungen einer Leiterplatte ausgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in mehreren Figuren näher erläutert. Die Ausführungsform gibt die erfindungsgemäße Vorrichtung nur beispielhaft wieder und ist nicht einschränkend auf das Ausführungsbeispiel zu sehen.

Es zeigen

Fig. 1a eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems in einer Schnittansicht im nicht montierten Zustand;

Fig. 1b die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems aus Fig. 1a im montierten Zustand;

Fig. 2a eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems in einer Schnittansicht im nicht montierten Zustand;

Fig. 2b eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems aus Fig. 2a im montierten Zustand; und

Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems im montierten Zustand.

Die Fig. 1a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen

Steckersystems 1 im Schnitt, wobei das Steckersystem 1 einen Steckkörper 2 mit zwei Steckkontakten 4 zeigt. Die Steckkontakte 4 sind vom Steckkörper 2 abstehend ausgeführt und zwischen den beiden Steckkontakten 4 ist ein Trennelement 5 angeordnet. Der Steckkörper 2 wird an der den Steckkontakten 4 gegenüberliegenden Seite des Steckkörpers 2 mit einer entsprechenden

Verkabelung angeschlossen, welche in den Figuren nicht gezeigt wird. Die

Verkabelung beinhaltet üblicherweise, dass zumindest je eine Zuleitung pro

Steckkontakt angedacht wird und diese im Steckkörper 2 durch eine entsprechende Isolation hochvoltbetriebssicher ausgeführt ist.

Weiters zeigt die Fig. 1a eine Steckbuchse 3, die hier ebenfalls im Schnitt gezeigt ist. Korrespondierend zur Anzahl der Steckkontakte 4 weist die Steckbuchse 3 zwei Steckkontaktaufnahmen 6 auf und darüber hinaus eine buchsenseitige Ausnehmung 7, welche zum Trennelement 5 des Steckkörpers 2 korrespondiert. Die buchsenseitige Ausnehmung 7 kann wie dargestellt die Steckbuchse 3 vollständig durchdringen, kann aber auch sacklochartig ausgeführt sein.

Das Trennelement 5 selbst ist einstückig mit dem Steckkörper 2 ausgeführt und zeigt in der Fig. 1a eine Länge, welche größer als die der Steckkontakte 4 ist.

Diese vorteilhafte Ausführung verhindert selbst bei einer sehr hohen Spannungs- bzw. Potentialdifferenz zwischen zwei Steckkontakten 4 einen elektrischen Überschlag von einem zum anderen Potential. So wird bei einer elektrischen

Belastung des Steckkörpers 2 und einem dementsprechenden Potential zwischen den Steckkontakten 4 die Kriechstrecke zwischen den beiden Steckkontakten 4 soweit verlängert, dass sowohl die Kriech- als auch die Luftstrecke für einen

Leckstrom zu groß ist und so ein sicherer Betrieb bereits ohne Kontaktierung des

Steckkörpers 2 mit der Steckbuchse 3 gewährleistet wird.

Die Fig. 1b zeigt den montierten Zustand des erfindungsgemäßen elektrischen

Steckersystems im Schnitt. Der Steckkörper 2 wird in Richtung der Steckbuchse 3 geführt und die beiden Steckkontakte 4 des Steckkörpers 2 werden mit den

Steckkontaktaufnahmen 6 der Steckbuchse 3 durch Ineinanderstecken verbunden. Die Steckkontakte können hier beispielsweise mit einer Lötverbindung oder einem Fixier- oder Rückhaltesystem, welches nicht weiter in den Figuren gezeigt wird, befestigt oder kontaktiert werden. Das Trennelement 5 wird in die dafür vorgesehene, zum Trennelement korrespondierende buchsenseitige Ausnehmung 7 geführt. Sowohl Fig. 1a, als auch Fig. 1b zeigen in dieser Ausführungsform eine Leiterplatte als Steckbuchse 3, wobei die Steckkontaktaufnahmen 6 als Öffnungen in der Leiterplatte ausgeführt sind. Üblicherweise werden die Bauelemente bei einer Leiterplattenbestückung beispielsweise aus thermischen Gründen nicht auf der Leiterplatte kontaktiert. Erfindungsgemäß werden, wie die Fig. 1a und 1b zeigen, durch die Ausführung des einstückig mit dem Steckkörper 2 ausgeführte Trennelements 5 alle potentiell auftretenden Kriech- und Luftstrecken auf beiden Seiten der als Leiterplatte ausgeführten Steckbuchse 3 entsprechend durch das Trennelement 5 verlängert und so ein sicherer Betrieb gewährleistet.

Damit ist mit nur einem Trennelement 5 eine Verlängerung der Kriechstrecken sowohl zwischen den Steckkontakten 4 als auch den Steckkontaktaufnahmen 6 sowohl im getrennten als auch im montierten Zustand sichergestellt. Weitere aufwändige Vorkehrungen können entfallen.

Die Fig. 2a zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Steckersystems 1 im nicht montierten Zustand. Der Steckkörper 2 weist hier ebenfalls zwei Steckkontakte 4 auf. Die Steckbuchse 3 weist neben den zu den beiden Steckkontakten 4 korrespondierenden Steckkontaktaufnahmen 6 ein Trennelement 5 auf, welches in beide Seite der Steckbuchse 3, welche hier wieder als Leiterplatte ausgeführt ist, absteht. Das bedeutet, dass das Trennelement 5 sowohl auf einer zum Steckkörper 2 weisenden Seite der Steckbuchse 3 als auch auf der dem Steckkörper 2 abgewandten Seite der Steckbuchse 3 abstehend ausgeführt ist.

Korrespondierend zum Trennelement 5 der Steckbuchse 3 ist der Steckkörper 2 so ausgeführt, dass dieser eine steckerseitige Ausnehmung 8 aufweist. Sowohl die steckerseitige Ausnehmung 8, als auch das Trennelement 5 können geometrisch anders ausgeführt werden und dienen in den Figuren lediglich der Erklärung.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Steckkontaktaufnahmen 6 so ausgeführt sind, dass diese über eigene Zuleitungen verfügen, oder direkt über zum Beispiel in einer Leiterplatte realisierte Schaltkreise verwirklicht werden.

Die steckerseitige Ausnehmung 8 bildet auch hier eine Verlängerung der Kriechstrecke, für den Fall, dass das erfindungsgemäße Steckersystem 1 vor dem montierten Zustand elektrisch belastet wird. Gleiches gilt natürlich für die Steckbuchse 3, welche die Kriechstrecke eines möglichen Kriechstroms über das Trennelement 5 verlängert. Somit ist sowohl im nicht montierten, als auch im montierten Zustand eine sichere Verlängerung der Kriechstrecken gewährleistet.

Fig. 2b zeigt die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Steckersystems 1 im Schnitt, wobei der Steckkörper 2 und die Steckbuchse 3 im montierten Zustand dargestellt sind. Der Steckkörper 2 wird so in die Steckbuchse 3 geführt, dass die steckerseitige Ausnehmung 8 das an der Steckbuchse 3 ausgeführte Trennelement 5 aufnimmt und die Steckkontakte 4 im Gegenzug von den jeweils korrespondierten Steckkontaktaufnahmen 6 der Steckbuchse 3 aufgenommen werden. Im montierten Zustand sind in diesem Ausführungsbeispiel, ähnlich wie in der Fig. 1b gezeigt, alle potentiell auftretenden Kriechstrecken auf beiden Seiten der als Leiterplatte ausgeführten Steckbuchse 3 durch das Trennelement 5 verlängert und ein sicherer Betrieb ist sowohl im montierten, als auch nicht montierten Zustand gegeben.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer dreidimensionalen Darstellung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckersystems 1 im montierten Zustand.

Das Trennelement 5 ist entsprechend der Steckkontakte 4 des Steckkörpers 2 geformt und weist in der Fig. 3 eine sog. L-Form auf, wobei diese beispielsweise sicherstellt, dass zwei verschiedene Spannungs- bzw. Potentialebenen wie beispielsweise eine Hochvoltebene (HV) und Niedervoltebene (NV) gefahrlos in einem einzigen Steckersystem 1 untergebracht sein können und dementsprechend die normierten Kriechstrecken selbst bei extrem kleinem Bauraum eingehalten werden können.

Bezugszeichenliste 1 Elektrisches Steckersystem 2 Steckkörper 3 Steckbuchse 4 Steckkontakt 5 Trennelement 6 Steckkontaktaufnahme 7 Buchsenseitige Ausnehmung 8 Steckerseitige Ausnehmung

Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Steckersystem (1) für einen Hochvolt-Multikontaktstecker, beinhaltend zumindest einen Steckkörper (2) und zumindest eine Steckbuchse (3), wobei der Steckkörper (2) zumindest zwei, vom Steckkörper (2) abstehende Steckkontakte (4) und die Steckbuchse (3) zumindest zwei Steckkontaktaufnahmen (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Trennelement (5) vorgesehen ist, welches auf dem Steckkörper (2) zwischen den Steckkontakten (4) oder auf der Steckbuchse (3) zwischen den Steckkontaktaufnahmen (6) angeordnet und dazu eingerichtet ist, in einem montierten Zustand des Steckersystems (1) die elektrische Kriechstrecke zwischen den Steckkontakten (4) und den Steckkontaktaufnahmen (6) zu verlängern.
2. Elektrisches Steckersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) am Steckkörper (2) angeordnet und vom Steckkörper (2) in die gleiche Richtung wie die Steckkontakte (4) abstehend ausgeführt ist und in der Steckbuchse (3) eine zum Trennelement (5) korrespondierende, buchsenseitige Ausnehmung (7) vorgesehen ist, welche im montierten Zustand des Steckersystems (1) das Trennelement (5) zumindest teilweise aufnimmt.
3. Elektrisches Steckersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Trennelements (5) zumindest gleich lang ist wie die Länge der Steckkontakte (4).
4. Elektrisches Steckersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) als Teil der Steckbuchse (3) ausgeführt ist und die Länge des Trennelements (5) zumindest gleich der Länge der im montierten Zustand in den Steckkontaktaufnahmen (6) befindlichen Steckkontakte (4) ist.
5. Elektrisches Steckersystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) so ausgeführt ist, dass es im montierten Zustand zumindest teilweise in eine, im Steckkörper (2) zwischen den Steckkontakten (4) ausgeführte steckerseitige Ausnehmung (8) aufgenommen wird.
6. Elektrisches Steckersystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) aus einem isolierenden Werkstoff ausgeführt ist.
7. Elektrisches Steckersystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) aus einem -vorzugweise spritzfähigen - Kunststoff ausgeführt ist und direkt auf den Steckkörper (2) und/oder die Steckbuchse (3) aufgespritzt ist.
8. Elektrisches Steckersystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (5) einstückig mit dem Steckkörper (2) oder der Steckbuchse (3) ausgeführt ist.
9. Elektrisches Steckersystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontaktaufnahmen (6) der Steckbuchse (3) als Öffnungen in einer Leiterplatte ausgeführt sind.