-
Die
Erfindung betrifft eine Hochstromkupplung für zwei Stecker. Unter Hochströmen werden elektrische
Ströme
mit Stromstärken
von mehr als etwa 10 A verstanden.
-
Es
ist bekannt, zwischen zwei elektrischen Kontakten und innerhalb
von Leitungssätzen
geeignete Hochstromsicherungen vorzusehen. Die Hochstromsicherungen
sind notwendig, um elektrische Bauteile vor zu hohen Stromstärken zu
schützen.
Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Hochstromsicherungen klassischerweise
entweder mittels Bolzen und Mutter auf eine Stromverteilschiene
im Kraftfahrzeug montiert oder es werden dafür vorgesehene Inline-Sicherungen
direkt in den Kabelsatz montiert. Die Kontaktzonen der Hochstromsicherung
und Inline-Sicherungen
werden jeweils an einem Bolzen festgelegt. Um elektrische Leitungen
mit den Kontaktzonen der Hochstromsicherung elektrisch leitend zu
verbinden, ist es bekannt an den Enden der elektrischen Leitungen
metallische Ringösen
anzucrimpen und diese Ringösen
mit auf die Bolzen aufzustecken. Die Verbindung wird dann durch
das Aufdrehen von Muttern auf die Gewindebolzen fixiert. Bei diesem
Montagevorgang ist zu beachten, dass ein ausreichendes Anzugsmoment
aufgebracht wird, um einen möglichst
niedrigen Übergangswiderstand
zwischen den Ringösen
und den Kontaktzonen der Hochstromsicherung zu gewährleisten.
In der Regel ist die hochstromsicherung durch ein entsprechend geeignetes
Gehäuse
zu sichern, welches als zusätzliches
Bauelement zu montieren ist. Insofern muss darauf geachtet werden,
dass die Gewindebolzen nicht aus ihrem umgebenden Kunststoffgehäuse ausbrechen,
bzw. das Gehäuse
beim Montieren beschädigt
wird. Eine Drehmomentüberwachung
ist für den
Montagevorgang daher notwendig.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Hochstromsicherung,
insbesondere für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen, bereitzustellen, die mit einfacheren
Mitteln mit elektrischen Leitern kontaktierbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Hochstromsicherung in
eine Kupplung für
elektrischen Steckkontakte zu integrieren. Gemäß der Erfindung wird eine lösbare elektrische
Kontaktierungsfunktion sowie eine Absicherungsfunktion in einer
gemeinsamen Baugruppe realisiert.
-
Die
erfindungsgemäße Hochstromkupplung weist
ein Gehäuse
auf, in das zwei Stecker einsteckbar sind. Innerhalb des Gehäuses ist
ein gemeinsames, federndes Befestigungselement zur lösbaren Fixierung
der Stecker innerhalb des Gehäuses
vorgesehen. Es ist erfindungswesentlich, dass das federnde Befestigungselement
elektrisch leitfähig
ist und dass die elektrische Kontaktierung der beiden Stecker ausschließlich über das
federnde Befestigungselement erfolgt. Die Stecker selbst sind mit
Abstand zueinander innerhalb des Gehäuses angeordnet, sodass sich
die Stecker nicht unmittelbar berühren und damit kein elektrischer
Kontakt zwischen den Steckern besteht. Ein wesentlicher Erfindungsgedanke
besteht darin, dass das elektrisch leitfähige, gemeinsame sowie federnde
Befestigungselement gleichzeitig als Hochstromsicherung dient. Das
Befestigungselement ist derart ausgebildet, dass es bei Überschreiten
eines vorgegebenen Maximalstroms gezielt versagt, oder anders ausgedrückt durchbrennt.
Der Stromfluss zwischen beiden Steckern erfolgt über die jeweiligen Berührungspunkte
der Stecker mit dem federnden Befestigungselement. Die gewünschte,
maximale Stromtragfähigkeit
des Befestigungselements kann durch geeignete geometrische Auslegung
und ggf. in Kombination mit in der Sicherungstechnik üblichen
Hilfsmitteln, wie beispielsweise partiellem Verzinnen und zusätzlichem
Lochen oder partiellem Ausstanzen des Befestigungselementes, begrenzt
werden. Auf ein Gehäuse
zusätzlich
zu dem Befestigungs- und Sicherungselement kann bei Bedarf auch
verzichtet werden.
-
Durch
die Integration der Sicherungsfunktionalität in eine Hochstromkupplung
entfällt
der Bedarf an Zusatzteilen, wie Bolzen und Muttern, Gehäuses sowie
an Prozessschritten, wie Verschrauben, etc. Zusätzlich wird der insgesamt benötigte Bauraum
reduziert. Die erfindungsgemäße Hochstromkupplung kann
ohne oder bei Bedarf mit einfachsten Werkzeugen prozesssicher gewechselt
werden. Hierdurch werden Fehlerquellen durch eine unsachgemäße Montage,
beispielsweise durch ein falsches Anzugsmoment, vermieden. Auch
wird die Anzahl der möglichen
Steckzyklen durch die federnde Ausgestaltung maximiert.
-
Insbesondere
ist das Sicherungs- und Befestigungselement so ausgebildet, dass
es bei einer maximalen Stromstärke
von größer 100
A, vorzugsweise etwa zwischen 200 A und 300 A, durchbrennt.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Befestigungs- und Sicherungselement als hülsenförmiges Klemmelement mit zwei
Einstecköffnungen
ausgebildet ist, wobei das Klemmelement die beiden Stecker radial
klemmend aufnimmt. Die beiden Stecker werden, bevorzugt in entgegengesetzter
Richtung, in das innerhalb des Gehäuses angeordnete, federnde
Befestigungs- und Sicherungselement eingeschoben, wobei sich das Befestigungs-
und Sicherungselement radial federnd an beide, vorzugsweise axial,
beabstandete Stecker anlegt und somit klemmt. Der Stromfluss zwischen beiden
beabstandeten Steckern erfolgt ausschließlich über das Befestigungs- und Sicherungselement. Das
Befestigungs- und Sicherungselement ist derart ausgelegt, dass es
bei Überschreiten
eines vorgegebenen Maximalstroms versagt.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Befestigungs- und Sicherungselement hyperbolisch ausgeformt ist.
Durch diese taillierte Ausgestaltung wird eine Radialkraft nach
innen auf die innerhalb des Befestigungs- und Sicherungselements
aufgenommenen Stecker ausgeübt,
wodurch diese klemmend gehalten werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Befestigungs- und Sicherungselement als Lamellengitter mit
mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Lamellen ausgebildet.
Bei der hyperbolischen Ausgestaltung des Befestigungs- und Sicherungselementes
sind die Lamellen zusätzlich
so axial versetz zueinander angeordnet und in ihrer Position untereinander
in der Mitte weniger beabstandet, so dass dadurch die Form eines
hyperbolisch federnden Käfigs
entsteht. Durch die Variation der Anzahl, der Dicke und der Geometrie
der voneinander beabstandeten Lamellen kann die maximale Stromtragfähigkeit
des Befestigungs- und Sicherungselements und damit der Hochstromkupplung
eingestellt werden, wodurch eine Anpassung der Sicherungscharakteristik
an die jeweilige Applikation möglich
ist.
-
Zur
sicheren Fixierung des Befestigungs- und Sicherungselementes ist
es von Vorteil, wenn das Befestigungs- und Sicherungselement von
einer, insbesondere zylinderförmigen,
vorzugsweise nicht leitenden, Hülse
innerhalb des Gehäuses
gehalten ist. Die Hülse
stabilisiert das Befestigungs- und Sicherungselement in Axialrichtung.
Dabei kann die Hülse
entweder unmittelbar aan einem umgebenden Gehäuse, oder indirekt über das
Befestigungs- und Sicherungselement an einem solchen Gehäuse gehalten
werden. Die Hülse
zur mechanischen Fixierung der Gitterstruktur besteht insbesondere
aus Glas, Keramik oder elektrisch nicht leitendem Kunststoff und
kann bei geeigneter Ausgestaltung daher selbst als Gehäuse dienen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur zusätzlichen
Fixierung der Stecker ein elektrisch nicht leitender, vorzugsweise
zentrisch angeordneter, Fixierstift vorgesehen ist. Bei eingesteckten
Steckern ragt der Fixierstift axial in die beiden Stecker hinein.
Bevorzugt übt
der Fixierstift auf die beiden Stecker in radialer Richtung nach
außen
eine Klemmkraft aus. Durch das zusätzliche Fixierungsmittel ist
es möglich,
nur eine geringe Anzahl von Lamellen zur elektrisch leitenden und
federnden Fixierung der beiden Stecker vorzusehen. Je geringer die Anzahl
der verwendeten Lamellen ist, desto geringer ist die Klemmkraft
des Befestigungs- und Sicherungselements. Die Verwendung nur einer
geringen Anzahl von Lamellen ist beispielsweise dann wünschenswert,
wenn die maximale Stromtragfähigkeit relativ
gering sein soll.
-
Es
ist wünschenswert,
wenn zusätzlich
zu dem elektrisch leitfähigen,
federnden Befestigungselement Rastmittel zur Verrastung der Stecker
an der Hochstromkupplung vorgesehen sind. Dabei handelt es sich
in der Regel um nicht leitende Rastmittel, die üblicherweise das Steckergehäuse mit
dem Gehäuse
der Hochstromkupplung oder der Hülse
verrasten. Nach Lösen
der Rastmittel können
die eingesteckten Stecker aus dem Gehäuse der Hochstromkupplung gezogen
werden.
-
Um
sicherzustellen, dass sich die beiden Stecker nicht unmittelbar
berühren,
ist bevorzugt ein Axialanschlag, insbesondere am Gehäuse, vorgesehen.
Auf diesen Axialanschlag läuft
der Stecker, insbesondere mit seinem Steckergehäuse oder einer am Stecker angeformten
Anschlag-Kontur,
auf, so dass die maximale Einstecktiefe in das Gehäuse begrenzt
ist. Es muss sichergestellt sein, dass sich die Stirnflächen der
elektrisch zu kuppelnden Stecker nicht berühren. In Weiterbildung der
Erfindung ist vorgesehen, dass der Axialanschlag von dem Befestigungs-
und Sicherungselement und/oder der elektrisch nicht leitenden Hülse zur
Fixierung des Befestigungs- und Sicherungselements gebildet ist.
-
Alternativ
oder zusätzlich
zu dem Axialanschlag kann ein elektrisch nicht leitendes Abstandsstück zwischen
den Steckern vorgesehen sein. Das Abstandsstück kann beispielsweise an einer
Stirnfläche
eines Steckers befestigt sein und mittels des Steckers in die Hochstromkupplung
eingeführt
werden. Alternativ dazu kann das Abstandsstück innerhalb der Hochstromkupplung,
beispielsweise am Gehäuse
oder an der Hülse,
gehalten sein.
-
Es
ist denkbar, die Hochstromkupplung in das Gehäuse eines Steckers zu integrieren,
so dass nur noch eine Öffnung
innerhalb des Gehäuses
zur Kontaktierung eines weiteren Steckers frei bleibt. Dabei ist
es möglich,
das Gehäuse
der Hochstromkupplung einstückig
mit dem Gehäuse
des Steckers auszubilden. Genauso ist es realisierbar, ein zusätzliches
Umgehäuse
zur, insbesondere lösbaren,
Fixierung der Hochstromkupplung an dem Steckergehäuse vorzusehen.
-
Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind aus den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Hochstromkupplung mit einem eingesteckten Stecker,
-
2 ein
Befestigungs- und Sicherungselement der Hochstromkupplung gemäß 1 mit
zwei eingesteckten Steckern,
-
3 eine
Draufsicht auf ein Befestigungs- und Sicherungselement,
-
4 eine
perspektivische Ansicht des Befestigungs- und Sicherungselements
gemäß 3,
-
5 das
Befestigungs- und Sicherungselements gemäß 3 und 4 mit
einem eingesteckten Stecker,
-
6 eine
alternative Ausführung
eines Befestigungs- und Sicherungselements mit zentrischem Fixierstift
und
-
7 das
Befestigungs- und Sicherungselement gemäß 6 mit zwei
eingesteckten Steckern.
-
In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist
eine Hochstromkupplung 1 für einen ersten Stecker 2 und
einen zweiten Stecker 3 dargestellt. Bei den Steckern 2, 3 handelt
es sich um Standardpins. Der erste Stecker 2 ist auf einer
Konsole 4 befestigt. Die elektrische Anbindung des ersten
Steckers 2 erfolgt über
nicht dargestellte Leiterbahnen.
-
Die
Hochstromkupplung 1 weist ein zylindrisches, hülsenförmiges Gehäuse 5 aus
elektrisch nicht leitendem Kunststoff auf. Innerhalb des Gehäuses 5 ist
ein elektrisch leitfähiges
sowie federndes Befestigungs- und
Sicherungselement 6 angeordnet. Mittels des Befestigungs-
und Sicherungselements 6 werden die Stecker 2, 3 im
eingesteckten Zustand miteinander elektrisch leitend verbunden,
was insbesondere aus der Detaildarstellung gemäß 2 ersichtlich
ist.
-
Das
Befestigungs- und Sicherungselement 6 ist als so genanntes
Radsok-Element ausgebildet. Das
Befestigungs- und Sicherungselement 6 ist hülsenförmig ausgebildet
und hat eine hyperbolische, d.h. taillierte, Form. Das hülsenförmige Befestigungs- und
Sicherungselement 6 ist als Lamellengitter mit mehreren
in Umfangsrichtung beabstandeten Lamellen 7a, 7b ausgeformt,
wobei die in Längsrichtung verlaufenden,
elektrisch leitfähigen
Lamellen 7a, 7b an beiden Längsseiten an jeweils einem
umlaufenden Ring 8, 9 gehalten sind. Die Ringe 8, 9 stützen sich
radial an der Innenseite des Gehäuses 5 ab.
Die Ringe 8, 9 sind in dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 einstückig mit
den Lamellen 7a, 7b aus Metall ausgebildet. Zur
axialen Stabilisierung des Befestigungs- und Sicherungselements
ist eine Hülse 10 aus
nicht leitendem Material vorgesehen. Die Hülse 10 ist koaxial
zu dem Gehäuse 5 innerhalb des
Gehäuses 5 angeordnet.
-
In 1 ist
zu erkennen, dass der zweite Stecker 3 ein Steckergehäuse 11 aufweist.
Das Steckergehäuse 11 ist
in das Gehäuse 5 der
Hochstromkupplung 1 eingeschoben. Das Gehäuse 5 überlappt das
Steckergehäuse 11.
Das Steckergehäuse 11 liegt
axial auf einem von dem Befestigungs- und Sicherungselement 6 gebildeten
Axialanschlag 12 an und begrenzt somit die maximale Eindringtiefe
des Steckers 3 in die Hochstromkupplung 1. Dies
ist notwendig, damit sich die beiden Stecker 2, 3 nicht
unmittelbar berühren
und die elektrische Verbindung ausschließlich über das Befestigungs- und Sicherungselement 6 hergestellt
wird. Auf der gegenüberliegenden
Seite wird ein zweiter Axialanschlag 13 von der Stirnfläche des
Gehäuses 5 gebildet.
Bei eingestecktem ersten Stecker 2 liegt die Konsole 4 auf dem
Axialanschlag 13 auf.
-
Die
Anzahl und die Dicke der Lamellen 7a, 7b ist derart
bemessen, dass das Befestigungs- und Sicherungselement bzw. die
Lamellen 7a, 7b bei Überschreiten eines Maximalstroms
durchbrennen, wodurch die elektrisch leitende Verbindung zwischen den
beiden Steckern 2, 3 unterbrochen wird. Die Hochstromkupplung 1 muss
in diesem Fall ausgetauscht werden, was von Hand, ohne die Verwendung
von zusätzlichem
Werkzeug, möglich
ist.
-
Es
ist nicht gezeigt, dass zusätzlich
Rastmittel zur Fixierung des Steckergehäuses 11 am Gehäuse 5 der
Hochstromkupplung 1 vorgesehen sind. Innerhalb des Steckergehäuses 11 ist
der Stecker 3 mit einem elektrisch leitenden Kabel 14 verbunden.
-
Bei
folgenden Ausführungsbeispielen
wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf
die Darstellung des Gehäuses
verzichtet.
-
In 2 sind
die in das hyperbolisch ausgeformte und radial federnde Befestigungs-
und Sicherungselement 6 eingesteckten Stecker 2, 3 zu
erkennen. Der Axialabstand zwischen den beiden Steckern ist derart
bemessen, dass die Entstehung eines Lichtbogens bei den vorherrschenden
Stromstärken
ausgeschlossen ist. Übersteigt
der fließende Strom
eine vorgegebene Maximalstromstärke,
brennen die Lamellen 7a, 7b, von denen in den
Figuren nur zwei Lamellen 7a, 7b dargestellt sind,
durch, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird.
-
In 3 ist
eine Draufsicht in Einsteckrichtung auf ein Befestigungs- und Sicherungselementes 6 dargestellt.
Zu erkennen sind drei elektrisch leitenden Lamellen 7a, 7b, 7c,
die mit gleichem Abstand zueinander an den Ringen 8, 9 eingehängt sind,
wobei in der Ansicht gemäß 3 der
zweite Ring durch den Ring 8 verdeckt ist. Die Ringe 8, 9 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem elektrisch nicht leitendem Material ausgebildet. In die
Ringöffnung 19 ist
ein Stecker zwischen die Lamellen 7a, 7b, 7c einschiebbar.
Die Lamellen 7a, 7b, 7c sind federnd
ausgebildet und klemmen den Stecker radial ein.
-
In 4 ist
das Befestigungs- und Sicherungselement 6 in einer perspektivischen
Ansicht dargestellt. Zu erkennen sind die drei, eine dreidimensionale,
rotationssymmetrische sowie hyperbolische Form ergebenden Lamellen 7a, 7b, 7c,
die an den axial beabstandeten Ringen 8, 9 gehalten
sind. Die hyperbolische Form wird durch die Verdrehung der Lamellen 7a, 7b, 7c über ihre
axiale Länge
in Umfangsrichtung erreicht. Die Lamellen sind um 120° in Umfangsrichtung
versetzt zwischen den beiden Ringen 8, 9 gehalten.
Die Ringe 8, 9 werden durch eine Hülse 10 aus
Glas abgestützt,
wodurch die Konstruktion ihre Stabilität erhält. Bei Überschreiten eines Maximalstroms
brennen sämtliche
Lamellen 7a, 7b, 7c durch, wodurch der
Stromfluss unterbrochen wird.
-
5 zeigt
das Befestigungs- und Sicherungselement 6 gemäß 4 mit
einem eingesteckten Stecker 2. Die Lamellen 7a, 7b, 7c liegen
radial außen
an dem Stecker 2 an und klemmen diesen.
-
In 6 ist
eine alternative Ausführungsform des
Befestigungs- und Sicherungselements 6 dargestellt. Auf
der Längsmittelachse
Befestigungs- und Sicherungselements 6 ist
ein elektrisch nicht leitender Fixierstift 15 angeordnet,
auf den der Stecker 2 mit seiner stirnseitigen Öffnung 16 aufgeschoben
ist. Der Fixierstift 15 ist in der Mitte verbreitert und
bildet somit gleichzeitig einen Abstandstandshalter für die beiden
Stecker 2, 3.
-
In 7 sind
beide Stecker mit ihren axialen Öffnungen 16, 17 auf
den zentrischen Fixierstift 15 aufgeschoben.
-
Der
Fixierstift 15 dient zur zusätzlichen Fixierung und Führung der
beiden Stecker 2, 3 innerhalb des Gehäuses. Die
Verwendung eines Fixierstiftes 15 ist sinnvoll, wenn die
Anzahl der vorgesehenen Lamellen des Befestigungs- und Sicherungselements 6 so
gering ist, dass eine ausreichende radiale Klemmung der beiden Stecker 2, 3 allein
mit Hilfe der Lamellen 7a, 7b, 7c nicht
sichergestellt werden kann.
-
- 1
- Hochstromkupplung
- 2
- erster
Stecker
- 3
- zweiter
Stecker
- 4
- Konsole
- 5
- Gehäuse
- 6
- Befestigungs-
und Sicherungselement
- 7a
- Lamelle
- 7b
- Lamelle
- 7c
- Lamelle
- 8
- Ring
- 9
- Ring
- 10
- Hülse
- 11
- Steckergehäuse
- 12
- Axialanschlag
- 13
- Axialanschlag
- 14
- elektrisch
leitendes Kabel
- 15
- Fixierstift
- 16
- Öffnung
- 17
- Öffnung
- 18
- Steckergehäuse
- 19
- Ringöffnung