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Die
Erfindung betrifft einen miniaturisierten Hochstromstecker zum elektrischen
Verbinden eines Kabels mit einem Elektrofahrzeug bzw. mit einer
korrespondierender Ladestation.
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In
der
US 4,911,652 A ist
ein Stecksystem für eine
Notstromversorgungsanlage beschrieben. Das Stecksystem weist ein
dreieckförmig
ausgebildetes Gehäuse
auf. Bei diesem Stecksystem sind drei Kontaktelemente vorgesehen
wobei die dreieckförmige Anordnung
der Kontaktelemente zur Kodierung dient, so dass die Steckverbinderteile
nur in einer definierten Position kuppelbar sind.
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Aus
der
DE 10 562 221 C und
der
DE 8718055 U1 sind
Steckverbinder mit einem Steckergehäuse beschrieben. Die Steckverbinder
umfassen ein Kabel das in seine Adern aufgespleißt ist, wobei die Adern jeweils
mit einem Steckerstift verbunden sind. Das Ende des Kabels, die
aufgespleißten
Adern und Endbereiche der Steckerstifte sind in ein Gießharz eingegossen.
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In
der
DE 20 2005
004 231 U1 ist eine elektrische Steckverbindung mit einem
zwei Kontaktstifte aufweisenden Stecker beschrieben.
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Es
wurden bereits unterschiedliche Ladestationen zum Aufladen von Elektrofahrzeugen
entwickelt. Der Ladevorgang soll möglichst schnell erfolgen, damit
das Elektrofahrzeug nicht unnötig
lange still steht. Hierzu muss ein Strom mit hoher Leistung von
der Ladestation an das Elektrofahrzeug übertragen werden. Dies bedeutet,
dass sowohl die Stromstärke
als auch die Spannung hoch sein müssen. Typische Werte für den Strom
und die Spannung betragen zum Beispiel 16–40 A und 220–230 V.
Bei derartigen elektrischen Leistungen ist eine schnelle Ladung
der Akkumulatoren eines Elektrofahrzeuges möglich.
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Es
gibt bereits Hochstromstecker, die zum Verbinden von Kabeln mit
derartigen Verbrauchern oder Ladestationen geeignet sind. Diese
Hochstromstecker sind jedoch sehr groß, benötigen hohe Steckkräfte und
werden vor allem in industriellen Umfeld eingesetzt. Für die Verwendung
an einem Kabel für ein
Elektrofahrzeug bzw. unmittelbar an einem Elektrofahrzeug oder einer
entsprechenden Ladestation sind diese Hochstromstecker nicht geeignet.
Denn ein solches Elektrofahrzeug wird von unterschiedlichsten Personen
benutzt, die einen wenig kraftaufwendigen Steckvorgang wünschen.
Weiterhin sollte der Hochstromstecker möglichst klein und handlich ausgebildet
sein. Diese Anforderungen an einen Hochstromstecker sind jedoch
nicht einfach zu erfüllen,
zumal ein Hochstromstecker umfangreiche Sicherheitsanforderungen
erfüllen
muss.
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Diese
Sicherheitsanforderungen sind in Deutschland in den Normen DIN EN
62196-1 (Stecker, Steckdosen, Fahrzeug, Steckvorrichtung und Fahrzeugstecker – Ladung
von Elektrofahrzeugen –) und
in der Norm DIN EN 60309-1 (Stecker, Steckdosen und Kupplungen für industrielle
Anwendungen) festgelegt. Hierin sind sowohl mechanische als auch elektrische
Aspekte definiert. So muss ein solcher Stecker eine gewisse Festigkeit
aufweisen, so dass er von einem Kraftfahrzeug überfahren werden kann. Weiterhin
müssen
die Stecker so angeordnet sein, dass Kriech- und Leckströme zuverlässig vermieden werden
können.
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Diese
bekannten Stecker, sofern sie zum Verbinden von mehreren Polen ausgebildet
sind, weisen ein etwa zylinderförmiges
Gehäuse
mit kreisförmigen
Querschnitt auf, da ein solches Gehäuse bei minimalen Umfang ein
maximales Volumen zur Anordnung der einzelnen Pole und der notwendigen Isolierung
erlaubt.
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Diese
bekannten Stecker erfüllen
nicht die oben erläuterten
Anforderungen. Entweder sind sie zu groß oder schwer, oder nur mit
hoher Kraft zu stecken oder sie erfüllen nicht die geforderten
Sicherheitsvorschriften.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen miniaturisierten Hochstromstecker
zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem Elektrofahrzeug
bzw. mit einer entsprechenden Ladestation zu schaffen, wobei der
Hochstromstecker klein und handlich ausgebildet ist, mit geringer
Kraft steckbar ist und die geforderten Sicherheitsanforderungen
erfüllt.
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Die
Erfindung wird mit einem miniaturisierten Hochstromstecker mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein miniaturisierter Hochstromstecker
zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem Elektrofahrzeug
oder einer entsprechenden Ladestation
- – ein langgestrecktes,
rohrförmiges
Gehäuse
mit einem im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt, in dem
an einem Ende ein Isolierkörper angeordnet
ist, und
- – zumindest
vier Steckkontaktelemente, die in Durchgangsöffnungen des Isolierkörpers lagern und
die in einem Dreieck-Raster angeordnet sind.
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Das
Vorsehen eines Gehäuses
mit im wesentlichen dreieckförmigen
Querschnitt ermöglicht zum
Einem eine hohe Festigkeit und zum Anderen erlaubt es eine effiziente
Anordnung der im Dreieck-Raster angeordneten Steckkontaktelemente.
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Durch
die dreieckförmige
Ausbildung des Gehäuses
kommt ein solcher miniaturisierter Hochstromstecker auf einer im
wesentlich ebenen Unterlage auf einer Seitenfläche zum Liegen. Bei einer mechanischen
Belastung des Hochstromsteckers, z. B. beim Überfahren des Steckers mit
einem Kraftfahrzeug, wird die Last an einer Dreieckspitze des Hochstromsteckers
eingebracht und verteilt sich über
die angrenzende Seitenwandungen etwa gleichmäßig nach unten. Die angelegte
Kraft wird hierdurch aufgeteilt und sicher nach unten abgeleitet,
ohne dass der Hochstromstecker beschädigt wird. Untersuchungen haben
gezeigt, dass durch die im wesentlichen dreieckförmige Ausgestaltung die Festigkeit
gegenüber herkömmlichen
rohrförmigen
Hochstromsteckern mit kreisförmigen
Querschnitt erheblich gesteigert wird.
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Die
Steckkontaktelemente sind in einem Dreieck-Raster angeordnet. Ein
Dreieck-Raster ist ein
regelmäßiges Raster,
bei welchem benachbarte Gitterpunkte jeweils eine dreieckförmige Zelle
bilden. Vorzugsweise sind die dreieckförmigen Gitterzellen gleichseitige
Dreiecke. Die Steckkontaktelemente sind jeweils mit ihrem Mittelpunkt
an einem Knoten des Dreieck-Rasters angeordnet. Die Verwendung eines
Dreieck-Rasters
erlaubt einen maximalen Abstand der Steckkontaktelemente bei minimaler
Fläche.
Hierdurch kann die Gefahr von Kriech- und Leckströmen minimiert
werden.
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Ein
solches Dreieck-Raster lässt
sich einfach und mit wenig Überstand
in das Gehäuse
mit im wesentlichen dreieckförmigen
Querschnitt einpassen. Hierdurch kann der gesamte Hochstromstecker
sehr kompakt ausgebildet sein. Die Anmelderin hat einen solchen
Hochstromstecker für
Ströme
von 16 A bis 50 A und Gleich- und Wechselspannungen von 220–440 V mit
einer Höhe
von 28,4 mm und einer Breite von 35,55 mm realisiert. Im Vergleich
zur herkömmlichen
Hochstromsteckern sind dies äußerst kleine
Abmessungen. Dieser Hochstromstecker erfüllt die DIN EM 62196-1 und
DIN EN 60 309-1 Normen.
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Bei
einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird ein miniaturisierter
Hochstromstecker zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem Elektrofahrzeug
oder mit einer entsprechenden Ladestation vorgesehen, der ein rohrförmiges Gehäuse aufweist,
in dem ein Vergussteil lagert. Das Vergussteil besteht aus einer
ausgehärteten
Vergussmasse, in die ein Endabschnitt des mehrere Adern umfassenden
Kabels eingegossen ist. Innerhalb des Vergussteils ist das Kabel
in seine einzelnen Adern aufgespleißt. Die Adern sind jeweils
mit einem Steckkontaktelement verbunden. Die Steckkontaktelemente
lagern in einem endseitig an das Vergussteil angeformten Isolierkörper.
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Die
Verwendung eines Vergussteils in einem Gehäuse erlaubt selbst bei einer
miniaturisierten Ausführung
des Hochstromsteckers auf Dauer eine sichere Isolierung und Abschirmung
der Adern, insbesondere an den Anbindungsstellen zu den Steckkontaktelementen,
von Feuchtigkeit und Schmutz. Hierdurch wird somit einerseits die
hohe Festigkeit des Gehäuses
mit der hermetischen Abschirmung durch die Vergussmasse kombiniert,
wodurch einfach eine kompakte Ausgestaltung des Hoch stromsteckers
erzielt wird, wobei dessen elektrische Eigenschaften dauerhaft beibehalten
werden. Der Aufbau des Hochstromsteckers ist hierdurch auch sehr einfach
und er kann in hohen Stückzahlen
mit exakt reproduzierbaren elektrischen und mechanischen Eigenschaften
hergestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Vergusskörper
ein Spiel bezüglich
des Gehäuses auf
und zwischen dem Vergusskörper
und dem Gehäuse
ist eine Dämpfungsschicht,
die z. B. aus Silikon ausgebildet ist, vorgesehen. Hierdurch wird
der Hochstromstecker gegen Vibrationen geschützt, da von außen an das
Gehäuse
angelegte Vibrationen nicht unmittelbar auf das Vergussteil übertragen
werden. Weiterhin wird die Fertigung des Hochstromsteckers erheblich
vereinfacht, da bei der Herstellung des Vergussteils dieses erheblich
schrumpft und durch das Untermaß zum
Gehäuse
das Vergussteil mit wesentlich größerer Toleranz als das Gehäuse gefertigt
werden kann. Die Dämpfungsschicht
dient hier auch als Toleranzausgleich. Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht
aus Silikon ausgebildet. Sie kann jedoch auch aus anderen Materialien,
wie z. B. einer dünnen
Schaumstoffschicht, ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert.
Die Zeichnungen zeigen:
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1:
einen erfindungsgemäßen Hochstromstecker
in perspektivischer Ansicht mit Blickrichtung auf das Steckgesicht,
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2:
ein Unterteil des Gehäuses
des Hochstromsteckers nach 1 mit Blickrichtung
auf die Innenseite,
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3a, 3b:
ein Oberteil des Gehäuses des
Hochstromsteckers nach 1 in perspektivischer Ansicht
mit Blickrichtung auf die Innenseite, und auf die Außenseite,
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4:
einen Rasthebel des Gehäuses
des Steckverbinders nach 1 in perspektivischer Ansicht,
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5:
ein Vergussteil des Hochstromsteckers nach 1 in perspektivischer
Ansicht,
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6:
das Vergussteil nach 5 im Längsschnitt,
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7:
den Hochstromstecker nach 1 im Längsschnitt
mit Staubkappe
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8a–8j:
ein aus zwei Isolierteilkörpern
ausgebildeter Isolierkörper
des Hochstromsteckers nach 1 in perspektivischer
Ansicht, einer Seitenansicht, Frontansicht, Draufsicht und Rückansicht,
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9a, 9b:
ein Kontaktsteckelement in Form einer Buchse in perspektivischer
Ansicht und im Teilschnitt,
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10a, 10b:
ein Kontaktsteckelement in Form eines Stiftes in perspektivischer
Ansicht und im Teilschnitt,
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11a, 11b:
schematische Frontansicht und Seitenansicht des Hochstromsteckers
nach 1 mit Bemassung,
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12a–12c: eine Gegensteckerbuchse für den Hochstromstecker nach 1 in
perspektivischer Ansicht von vorne, perspektivischer Ansicht von
hinten und in einer Frontansicht,
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13:
einen Schnitt durch einen in die Gegensteckerbuchse nach 12a–12c eingesteckten Hochstromsteckers nach 1
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14:
einen Hochstromstecker mit stiftartigen Steckkontaktelemente in
perspektivischer Ansicht,
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15:
eine Gegensteckerbuchse für
den Hochstromstecker nach 14 in
perspektivischer Ansicht,
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16a–16c: eine Hülse
zum Abdecken des Verbindungsbereichs der Steckkontaktelemente und
der Adern beim Vergießen
eines Vergussteils eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochstromsteckers
in perspektivischer Ansicht, in einer perspektivischen Schnittansicht
und einer weiteren Schnittansicht, und
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17:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Hochstromsteckers
mit den in 16a–16c gezeigten
Hülsen
in einem Schnitt entlang einer horizontalen Ebene.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Hochstromsteckers 1 ist
in den 1 bis 7 dargestellt. Dieser Hochstromstecker 1 weist
ein langgestrecktes, rohrförmiges
Gehäuse 2 auf.
Das Gehäuse
ist aus einem Oberteil 3 (3)
und einem Unterteil 4 (2) ausgebildet.
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Das
Oberteil 3 weist eine langgestreckte Deckenwandung 5 auf,
die an ihren längsseitigen
Randbereich ein Stück
nach unten abgebogen ist und in Längskanten 6 endet.
An den in Steckrichtung 7 vorderen Ende des Oberteils ist
ein Gehäusering 8 einstückig am
Oberteil 3 ausgebildet. Die Längskanten 6 und die
rückwärtige freiliegende
Kante des Gehäuserings 8 weisen
innenseitig eine Abstufung 9 auf. Weiterhin sind innenseitig
am Oberteil 3 nach unten weisende Steckstifte 10 und
Längsrippen
ausgebildet. Am rückseitigen
Randbereich des Oberteils 3 ist innenseitig eine Dichtnut 11 ausgebildet.
Am Gehäusering 8 ist
eine Blende 12 angeformt, die eine Öffnung 13 für das Steckgesicht
aufweist. Der Gehäusering 8 steht
ein Stück
in Steckrichtung 7 an der Blende 12 vor.
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Das
Unterteil 4 besitzt die Form einer etwa V-förmigen Schale
mit zwei Seitenwandungen 14, wobei der Übergangsbereich zwischen den
beiden Seitenwandungen 14 abgerundet ist. Diese Seitenwandungen 14 sind
oben jeweils durch eine frei liegende Längskante 15 und in
Steckrichtung 7 vorne durch eine vordere Kante 16 begrenzt.
Die Längskanten 15 und
die vordere Kante 16 sind jeweils mit einer Stecklippe 17 versehen,
die gegenüber
der Innenfläche
des Unterteils 4 etwas zurückversetzt ist. An dem in Steckrichtung
hinteren Rand ist im Unterteil 4 eine Dichtnut 18 ausgebildet.
Weiterhin sind angrenzend zu den Längskanten 15 vier
Buchsen 19 zur Aufnahme der Steckstifte 10 des
Oberteils 3 vorgesehen.
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Im
Bodenbereich des Unterteils 2 ist eine langgestreckte Öffnung 20 etwa
in der Längsmitte des
Unterteils 4 eingebracht. In Steckrichtung 7 rückseitig
von der Öffnung 20 sind
zwei Lagerschalen 21 zur drehbaren Lagerung eines quer
zur Steckrichtung angeordneten Stiftes am Unterteil 4 angeformt. In
Steckrichtung vor der Öffnung 20 ist
eine Rastnasenöffnung 22 eingebracht.
Der Bereich der Lagerschalen 21, Öffnung 20 und Rastnasenöffnung 22 ist von
einem Innenwandungsabschnitt 23 umgeben. In den Lagerschalen 21 lagert
ein Rasthebel 24 (4, 7)
mit zwei fluchtenden Lagerstiften 25. Der Rasthebel 24 erstreckt
sich von den Lagerschalen 21 bis zur Rastöffnung 22,
an der er eine nach unten vorstehende Rastnase 26 aufweist.
Im Bereich der Öffnung 20 besitzt
der Rasthebel 24 eine nach unten durch die Öffnung 20 vorstehende
Betätigungstaste 27.
An der nach innen weisenden Seite des Rasthebels 24 ist
im Bereich der Betätigungstaste 27 ein vertikales
Sackloch 28 ausgebildet.
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Der
Innengehäuseabschnitt 23 ist
mit einem Innendeckel 29 abgedeckt. Der Innendeckel 29 weist vier
nach unten vorstehende Steckstifte auf, die in angrenzend zum Innengehäuseabschnitt 23 angeordnete
Buchsen 30 eingreifen. Weiterhin weist der Innendeckel 29 gegenüberliegend
zu den Lagerschalen 21 zwei nach unten weisende Stege 31 auf, an
denen korrespondierende Lagerschalenhälften ausgebildet sind, so
dass die Lagerstifte 25 vollständig umschlossen sind. Der
Innendeckel 29 weist im Bereich gegenüberliegend zum Sackloch 28 des Rasthebels 24 eine
nach unten weisenden sich bis in den Bereich des Sacklochs 28 erstreckenden
Hohlstift 32 auf, der von einer Schraubenfeder 33 umgeben
ist. Die Schraubenfeder 33 drückt den, an den Lagerstiften 25 schwenkbar
gelagerten Rasthebel 24 nach unten.
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Im
zusammengebauten Zustand ist der Innendeckel 29 mit dem
Innengehäuseabschnitt 23 verklebt.
Hierdurch wird eine Hohlkammer für
den Rasthebel 24 begrenzt. Das Unterteil 4 ist
mit dem Oberteil 3 im Bereich der Längskanten 6, 15 und
im Bereich der vorderen Kante 16 des Unterteils 4 bzw. der
rückseitigen
Kante des Gehäuserings 8 verklebt.
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Das
Unterteil 4 und das Oberteil 8 sind Spritzgussteile,
die vorzugsweise aus ABS oder einem Kunststoffgemisch aus ABS und
Polycarbonat (PC) ausgebildet sind. Ein derartiges Kunststoffgemisch
wird beispielsweise von der Firma General Electric unter der Handelsbezeichnung
CYCOLOY® vertrieben.
Dieses langgestreckte Gehäuse 2 weist im
wesentlichen einen dreieckförmigen
Querschnitt auf, dessen Ecken abgerundet sind. Diese Querschnittsform
ist vorteilhaft bezüglich
der Festigkeit als auch bezüglich
Raumausnützung
zum Anordnen des Steckgesichtes, das unten näher erläutert wird.
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Die
Ausbildung des Oberteils 3 mit einer Deckenwandung 5 und
dem Gehäusering 8 bewirkt mehrere
Vorteile:
- 1. Durch die dreidimensionale Ausgestaltung
des Oberteils 3 besitzt es eine wesentlich höhere Festigkeit
als ein im wesentlichen ebenflächiges
Element.
- 2. Durch das Vorsehen des Gehäuserings 8 wird der
Kantenbereich, an den das Oberteil 3 mit dem Unterteil 4 in
Kontakt steht und mit diesem verklebt ist, wesentlich verlängert, wodurch
die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Oberteil 3 und
dem Unterteil 4 erheblich gesteigert wird.
- 3. Das Oberteil 3 ist einfach als Spritzgussteil fertigbar
und ist insbesondere, obwohl es ein dreidimensionales Gebilde mit
einer Ringtopologie aufweist, mittels eines einfachen Werkzeuges
herstellbar und entformbar.
- 4. Da der Gehäusering 8 das
Steckgesicht umfasst, was den empfindlichsten Teil des Hochstromsteckers 1 darstellt,
wird hier ein maximaler mechanischer Schutz sichergestellt.
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Da
die Abstufung 9 des Oberteils 3 innerhalb der
Stecklippe 17 des Unterteils 4 angeordnet ist, werden
bei einer Belastung von oben Kraftmomente nach außen erzeugt,
die die Abstufung gegen die Stecklippe 17 drücken.
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Im
rohrförmigen
Gehäuse 2 lagert
ein Vergussteil 34 (5, 6, 7)
das Vergussteil 34 ist aus einer ausgehärteten Vergussmasse ausgebildet,
in die ein Endabschnitt eines Kabels 35 eingegossen ist.
Das Kabel 35 weist mehrere Adern 36 auf. Das Kabel
ist innerhalb des Vergussteils in die einzelnen Adern aufgespleißt, d. h.,
dass ein Kabelisolationsmantel 37 von den einzelnen Adern 36 entfernt
ist und diese lediglich durch einen dünnen Aderisolationsschutz 38 geschützt sind.
Die Adern 36 sind jeweils mit einem Steckkontaktelement 39 verbunden.
Im Verbindungsbereich zwischen dem Steckkontaktelement 39 und
der jeweiligen Ader 36 ist der Aderisolationsschutz entfernt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Steckkontaktelemente 39 jeweils an eine Ader 36 gecrimpt.
Die Steckkontaktelemente 39 lagern in einem Isolierkörper 40.
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Der
Isolierkörper 40 (8a–8j)
ist aus zwei Teilkörpern 40a, 40b ausgebildet,
die jeweils einen im wesentlichen scheibenförmigen Grundkörper 41 aufweisen,
in dem in einem regelmäßigen Dreieck-Raster
Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, die jeweils eine Kontaktkammer
bilden. In diesen Kontaktkammern lagern die Steckkontaktelemente 39.
Auf der in Steckrichtung 7 vorne liegenden Seite des Isolierkörpers 40 sind
die Durchgangsbohrungen jeweils durch korrespondierende Buchsen 42a nach vorne
verlängert,
die sich über
das vordere Ende der Steckkontaktelemente 39 hinaus erstrecken.
Die Buchsen bilden Abschirmbuchsen, um benachbarte Steckkontaktelemente
von Leck- und Kriechströmen abzuschirmen.
Auf der Rückseite
des Isolierkörpers 40 sind
die Durchgangsbohrungen mit nach hinten vorstehende Buchsen 42b verlängert. Der
Durchmesser dieser Buchsen ist etwas größer als der Durchmesser der
Durchgangsbohrung im Grundkörper 41 des
Isolierkörpers 40.
Hierdurch ist eine Stufe 43 ausgebildet, an der die Steckkontaktelemente 39 an
einer entsprechend nach außen
abgesetzten Stufe anliegen (7). Diese
aufeinander abgestimmten Stufen 43 dienen einerseits zur
exakten Längspositionierung
der Steckkontaktelemente 39 im Isolierkörper 40 und andererseits
als Abdichtung beim Vergießen
des Vergussteils 34.
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Bedingt
durch das Herstellungsverfahren wird der Isolierkörper 40 aus
zwei Teilen 40a, 40b hergestellt, die an ihren
im wesentlichen ebenflächigen
Berührungsflächen miteinander
verklebt sind. Durch die Herstellung des Isolierkörpers aus
zwei Teilen kann eine hohe Präzision
der daran angeformten Buchsen 42a, 42b gewährleistet
werden. Im Rahmen der Erfindung ist selbstverständlich auch eine einteilige
Ausbildung des Isolierkörpers
möglich.
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Das
Vergussteil 34 wird mit einem Vergussmaterial in einer
Form vergossen. Vorzugsweise werden zwei unterschiedliche Vergussmaterialien
verwendet. Ein erstes, hartes Vergussmaterial wird zum Ausgießen des
Kerns 44 des Vergussteils 34 zwischen dem Isolierkörper 40 und
dem Kabelisolationsmantel 37. Dieser Kern wird aus einem
harten und steifen Vergussmaterial gegossen. Ein solches Vergussmaterial
ist z. B. ein thermoplastischer Schmelzklebstoff auf Polyamidbasis,
wie er z. B. unter dem Handelsnamen MACROMELT von der Firma Henkel vertrieben
wird.
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Dieser
Kern 44 ist im rückwärtigen Bereich von
einer Tülle 45 umschlossen.
Die Tülle
erstreckt sich von einem Abschnitt des Vergussteils 34,
der komplementär
zu den Dichtnuten 11, 18 des Gehäuses 2 ist
bis nach hinten über
den Kabelisolationsmantel 37 des Kabels 35. Diese
Tülle 45 wird
einstückig
an den Kern 44 durch Gießen ausgeformt. Sie ist somit
Bestandteil des Vergussteils 34 und aus einem im Vergleich
zum Kern 44 wesentlich elastischeren Material wie z. B.
Badaflex® ausgebildet,
das ein thermoplastisches Elastomer ist, das von der Firma Bada vertrieben
wird. Diese elastische Tülle 45 liegt überwiegend
außerhalb
des Gehäuses 2 und
erlaubt ein gewisses Abbiegen des rückwärtigen Endabschnittes des erfindungsgemäßen Hochstromsteckers 1.
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Der
Endbereich des Kabels 35 ist somit vom Endabschnitt des
Kabelisolationsmantels 37 bis zum Verbindungsbereich der
Adern mit den Steckkontaktelementen 39 durchgehend vergossen.
Er ist somit gegenüber
Feuchtigkeit und Verschmutzungen hermetisch abgeschlossen. Zudem
sind die Adern im Vergussmaterial fest positioniert, so dass keine
Relativbewegung zwischen den Adern, den Steckkontaktelementen bzw.
dem Isolierkörper
auftreten, wodurch die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der
Adern und deren Verbindung zu den Steckkontaktelementen gering gehalten
wird.
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Das
Vergussteil 34 ist mit einer Dämpfungsschicht (nicht in 7 gezeigt)
aus Silikon umgeben, die auf das Gehäuse ausgeübte Vibrationen von dem Vergussteil
fernhält.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Dämpfungsschicht
an der gesamten Kontaktfläche
zwischen dem Vergussteil 34 und dem Gehäuse 2 angeordnet.
Die Dämpfungsschicht
kann im Rahmen der Erfindung auch auf einige wenige Bereiche lokal
begrenzt ausgebildet sein.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Steckkontaktelemente 39 Buchsen (9a, 9b)
mit einem Steckabschnitt 46 und einem Crimpabschnitt 47.
Diese Buchsen sind für
Steckkontaktstifte mit einem Durchmesser von 2,7 mm ausgebildet.
Im Bereich des Steckabschnittes 46 weisen die Steckkontaktelemente
nach vorne vorstehende, federnde Laschen 48 auf, die einen
zylinderförmigen Steckbereich
elastisch federnd begrenzen. Die Laschen 48 sind mit einer
Schicht aus Gold, Hartsilber oder Nickel-Phosphor mit einer Stärke von
vorzugsweise 5 μm
beschichtet. Hierdurch wird auch nach einer Vielzahl von Steckvorgängen eine
sichere Steckverbindung gewährleistet.
Der erfindungsgemäße Hochstromstecker
ist für
zumindest 5000 Steckvorgänge
ausgebildet.
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Der
Isolierkörper 40 bildet
mit dem Steckkontaktelementen 39 ein Steckgesicht 49 (5).
Die Steckkontaktelemente sind in einem Dreieck-Raster angeordnet,
das in vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein gleichseitiges Dreieck-Raster ist, d. h., dass zwei beliebige
benachbarte Steckkontaktelemente 39 den gleichen Abstand
aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
beträgt
der Mittenabstand 8,9 mm (8f).
Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist
fünf Steckkontaktelemente 39 auf,
wovon zwei Steckkontaktelemente 39 Pole L, N zum Leiten
von Hochstrom, eines zum Leiten von Masse und zwei „9” und „12” zum Leiten
eines Pilotsignals vorgesehen sind. Die beiden hochstromleitenden
Steckkontaktelemente sind maximal voneinander beabstandet, wobei
das masseführende
Steckkontaktelement in einer Reihe zwischen diesen beiden hochstromführenden Steckkontaktelementen
angeordnet ist. Die beiden Steckkontaktelemente für das Pilotsignal
sind in einer zweiten Reihe unterhalb der ersten Reihe angeordnet.
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Dieses
Steckgesicht 49 mit einer oberen Reihe mit drei Steckkontaktelementen
und einer unteren Reihe mit zwei Steckkontaktelementen, wobei alle Steckkontaktelemente
im Dreieck-Raster angeordnet sind, ist in Kombination mit dem im
wesentlichen dreieckförmigen
Gehäuse
sehr vorteilhaft, da im Gehäuse 2 unterhalb
des Steckgesichts 49 noch Platz für weitere Funktionselemente
(hier: Rasteinrichtung) ist und trotzdem ein sehr kompaktes und
solides Gehäuse
erhalten wird.
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Als
Material für
den Isolierkörper
wird vorzugsweise ein Material der Isolierstoffgruppe II oder I gemäß der Norm
EN 50124 und vorzugsweise ein Material mit einer Kriechstromfestigkeit
(CTI, Comparative Tracking Index) von zumindest 500 und insbesondere
von zumindest 600 verwendet. Solche Materialien sind z. B. Polyethylen
(PE-LD, PE-HD), Polyesterharz, Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen
Vinylacetat (E/VA), Polyphthalamid mit 33% Glasfaseranteil (PPA
GF33), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA6, PA66, PA6 V0 – brandgeschützt, PA6
E – extrudiert),
insbesondere das unter der Handelsbezeichnung Wellamid vertriebene
Polyamid der CP-Polymere-Technik
GmbH & Co. KG.
Die Kombination des derart ausgebildeten Isolierkörpers in
Verbindung mit dem Dreieck-Raster ist besonders vorteilhaft, da hierdurch
Kriech- und Leckströme auch
bei hohen Stromstärken
sicher vermieden werden können,
obwohl der Hochstromstecker 1 sehr kompakt ausgebildet
ist. Das Dreieck-Raster erlaubt einen maximalen Abstand zwischen
den benachbarten Steckkontaktelementen bei minimaler Fläche des
Steckgesichts. Der Isolierkörper
mit einem Material mit einem CTI von zumindest 500 und vorzugsweise
von zumindest 600 bewirkt eine ausreichende Isolierung bei den vorliegenden
Abständen,
um Ströme
bis zu 40 A durch die Steckkontaktelemente zu leiten.
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Am
Isolierkörper 40 ist
ein um das Steckgesicht 49 umlaufender Vorsprung 50 ausgebildet.
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Der
das Steckgesicht umgebende ringförmige
Vorsprung 50 liegt mit seiner Stirnkante bündig am Rand
der Blende 12 (7) an. Die Oberfläche des Isolierkörpers 40 ist
somit etwas gegenüber
den Umfangskanten des Gehäuserings 8 nach
innen zurückversetzt.
Die am Isolierkörper 40 vorstehenden
Buchsen 42 sind somit in einer Mulde geschützt angeordnet.
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In
den 12a–12c ist
eine Gegensteckerbuchse 51 dargestellt, die fünf korrespondierende
Steckkontaktelemente in Form von Stiften aufweist. Diese Gegenstecker
weist einen Rahmen 52 auf, der eine Frontfläche 53 begrenzt.
In der Frontfläche 53 ist
eine Vertiefung 54 ausgebildet, deren Querschnittsform
dem Querschnitt des Hochstromsteckers 1 entspricht und
zur Aufnahme des vorderen Endes des Hochstromsteckers 1 ausgebildet
ist. Am Boden dieser Vertiefung 54 ist ein Steckgesicht 55 ausgebildet,
das korrespondierend zum Steckgesicht 49 des Hochstromsteckers 1 ist.
Dieses Steckgesicht 55 umfasst einen vorstehenden Steckkörper 56,
dessen Umfangsbegrenzung etwa dem Innenrand des umlaufenden Vorsprungs 50 des
Steckgesichts 49 des Hochstromsteckers 1 entspricht.
In dem Steckkörper 56 sind
fünf Durchgangsöffnungen 57 ausgebildet,
die jeweils eine Kontaktkammer darstellen, in welcher eines der
Steckkontaktelemente 58 lagert. Die Durchgangsöffnungen 57 weisen
jeweils eine derart große
lichte Weite auf, dass die Buchsen 42a des Isolierkörpers 40 des
Hochstromsteckers 1 eingeführt werden können, so
dass die darin angeordneten buchsenartigen Steckkontaktelemente 39 die Steckkontaktstifte
der stiftartigen Steckkontaktelemente 58 umgreifen können.
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Die
Stifte der Steckkontaktelemente 58 befinden sich alle innerhalb
der Kontaktkammern, wobei der Steckkontaktstift für die Masse
am weitesten vorsteht und die beiden Steckkontaktstifte für die Pilotsignale
am stärksten
zurückgesetzt
sind. Hierdurch wird beim Verbinden des Hochstromsteckers 1 mit
der Gegensteckerbuchse 51 zuerst die Masseleitung, dann
die beiden Hochstromleitungen und erst dann die Leitungen für die Pilotsignale
verbunden.
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Erst
wenn die Leitungen für
die Pilotsignale verbunden sind, werden die Hochstromleitungen durchgeschaltet.
Beim Trennen des Hochstromsteckers 1 von der Gegensteckerbuchse 51 werden
zuerst die Pilotleitungen unterbrochen, wodurch automatisch die
Hochstromleitungen abgeschaltet werden. Hierdurch wird sichergestellt,
dass an keinem nicht gesteckten Hochstromstecker ein Hochstrompegel
anliegt.
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Im
zusammengesteckten Zustand greift der Steckkörper 56 der Gegensteckerbuchse
in die Mulde des Hochstromsteckers 1 ein und füllt den
zwischen den Buchsen 42 bestehenden Zwischenraum aus. Dieser
Stecker 56 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie
der Isolierkörper 40 ausgebildet und
besitzt somit die gleichen Isolationseigenschaften.
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Die
Gegensteckerbuchse 51 weist im Bereich ihrer Vertiefung 54 im
unteren Wandungsbereich eine Rastausnehmung 59 auf, die
von einer quer zur Steckrichtung verlaufenden Rastkante 60 begrenzt
wird. Beim Einführen
des Hochstromsteckers 1 wird dessen Rastnase 26 mittels
der an der Rastnase 26 vorgesehenen Einführschräge in den Hochstromstecker 1 hineingedrückt, bis
die Rastnase die Rastkante 60 der Gegensteckerbuchse 51 überfahren
hat. Aufgrund der Federbeaufschlagung des Rasthebels 24 wird
die Rastnase 26 in die Rastausnehmung 59 gedrückt und
hintergreift die Rastkante 60. Hierdurch ist der Hochstromstecker 1 in
der Gegensteckerbuchse 51 fixiert. Erst durch Betätigen der
Betätigungstaste 27 am
Hochstromstecker 1 wird die Fixierung des Hochstromsteckers 1 in der
Gegensteckerbuchse 51 wieder gelöst. Dieser kann von der Gegensteckerbuchs 51 entfernt
werden.
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Es
hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Hochstromstecker 1 mit
geringen Kräften
in die Gegensteckerbuchse 51 eingesteckt und von dieser wieder
gelöst
werden kann. Die hierbei aufzubringenden Steckkräfte betragen etwa 15 N.
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Die
in den 12a–12c gezeigten
Gegensteckerbuchse 51 ist zur Anordnung an einem Elektrofahrzeug
vorgesehen. Der in 1 gezeigte Hochstromstecker
ist an dem Ende eines Kabels angeordnet, das an das Elektrofahrzeug
angesteckt werden soll. Die 14 und 15 zeigen
einen weiteren Hochstromstecker 61 mit stiftartigen Steckkontaktelementen 58 und
eine Gegensteckerbuchse 62 mit buchsenartigen Steckkontaktelementen 39. Diese
Gegensteckerbuchse 61 ist zur Anordnung an einer Ladestation
vorgesehen. Der Hochstromstecker 61 ist zum Einstecken
des Kabels an der Ladestation ausgebildet. Die buchsenartigen Steckverbinder 1 und 61 sind
am stromführenden
Ende der Leitungen angeordnet. Dies ist vorteilhaft, falls fehlerhafter
Weise ein Hochstromsignal anliegen sollte, ist die Gefahr einer
Kontaktierung bei einer buchsenartigen Steckkontaktelement wesentlich
geringer als es bei einem stiftartigen Steckkontaktelement.
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13 zeigt
einen Schnitt durch den in die Gegensteckerbuchse 51 eingesteckten
Hochstromsteckers 1. Hierin ist die Gegensteckerbuchse 51 zusammen
mit einem Gegensteckergehäuse 63 und
einen darin angeordneten Vergussteil 64 dargestellt. Der
Aufbau dieser Gegensteckerbuchse 51 entspricht im wesentlich
dem Aufbau des Hochstromsteckers 1, wobei hier kein Rasthebel
vorgesehen ist und die Form aufgrund der stationären Anordnung, der Gegensteckerbuchse 51 beliebig
ausgebildet sein kann. Gleiches gilt für die Gegensteckerbuchse 62.
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Der
Hochstromstecker 61 ist im wesentlichen genauso ausgebildet
wie der Hochstromstecker 1, wobei lediglich anstelle von
buchsenartigen Steckkontaktelementen stiftartige Steckkontaktelemente vorgesehen
sind und der Isolierkörper
einteilig ausgebildet ist.
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17 zeigt
einen Bereich eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Hochstromsteckers 63, der
im wesentlichen genauso ausgebildet ist, wie der Hochstromstecker 1 und
sich von diesem lediglich durch die Anordnung von Hülsen 64 (16a bis 16c)
im Vergussteil 34 unterscheidet.
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Die
Hülsen 64 weisen
einen in Steckrichtung vorderen Hülsenabschnitt 65 und
einen hinteren Hülsenabschnitt 66 auf.
Beide Hülsenabschnitte
sind zylinderförmig,
wobei der vordere Hülsenabschnitt 65 einen
größeren Durchmesser
als der hintere Hülsenabschnitt 66 besitzt.
Der vordere Hülsenabschnitt 65 ist
mit einem Übergangsabschnitt 67 mit
dem hinteren Hülsenabschnitt 66 verbunden.
Am rückseitigen Ende
des hinteren Hülsenabschnitts 66 ist
ein nach innen vorstehender Ringvorsprung 68 ausgebildet. Der
Innendurchmesser dieses Ringvorsprungs 68 ist etwas kleiner
als der Durchmesser der Adern 36 des Kabels, so dass dieser
mit Presspassung auf den Adern sitzen kann. Der Durchmesser des
vorderen Hülsenabschnitt 65 entspricht
dem Durchmesser der rückseitigen
Buchsen 42b des Isolierkörpers 40, so dass
der vordere Hülsenabschnitte 65 formschlüssig auf
eine der Buchsen 42b passt.
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Vor
dem Gießen
des Gussteils 34 wird jeweils eine Hülse 64 über dem
Verbindungsbereich zwischen einer Ader 36 und einem Steckkontaktelement 39 angeordnet,
wobei der Ringvorsprung 68 die Ader 36 umschließt und der
vordere Hülsenabschnitt auf
jeweils einer der Buchsen 42b sitzt. Lediglich am Verbindungsbereich
der die Masse führenden
Ader und des entsprechenden Steckkontaktelementes wird keine Hülse vorgesehen.
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Diese
Anordnung umfassend den Isolierkörper 40,
die Steckkontaktelemente 39, das in die Adern 36 aufgespleißte Kabel 35 und
die Hülsen 64 wird
dann vergossen. Die Hülsen 64 dichten
den darin liegenden Verbindungsbereich gegenüber der Vergussmasse ab, so
dass sich in jeder Hülse
ein Hohlraum ausbildet. Diese Hohlräume bewirken ein gewisses Spiel
der Steckkontaktelemente 39 im Hochstromstecker 63.
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Beim
Zusammenstecken des Hochstromsteckers 63 mit der Gegensteckerbuchse 51 wird
zuerst das stiftartige Steckkontaktelement 58 der Masse
in das ohne Spiel im Hochstromstecker 1 angeordneten buchsenartigen
Steckkontaktelement 39 eingeführt und bewirkt eine Positionierung
des Hochstromsteckers 63 bzgl. der Gegensteckerbuchse 51.
Da die weiteren Steckkontaktelement 39 im Hochstromstecker 63 mit
etwas Spiel angeordnet sind, können
sie mit den weiteren stiftartigen Steckkontaktelementen verbunden
werden, wobei Toleranzen in der Anordnung der Steckkontaktelemente 39, 58 sicher
ausgeglichen werden.
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In 17 ist
die Dämpfungsschicht 69 zwischen
dem Vergussteil 34 und dem Gehäuse 2 dargestellt.
Weiterhin kann man erkennen, dass das mittig angeordnete buchsenartige
Steckkontaktelement 38 zum Stecken eines dünneren Stiftes
als die übrigen
buchsenartigen Steckkontaktelemente gemäß 9a, 9b ausgebildet
ist.
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Die
Erfindung ist oben anhand von Ausführungsbeispielen eines Hochstromsteckers
erläutert, bei
welchen die Steckkontaktelement an die Adern des Kabels gecrimpt
sind. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, die
Verbindung zwischen den Adern und den Steckkontaktelementen als
Lötverbindung
oder Klebeverbindung oder als sonstige Verbindung, die sowohl eine
mechanische als auch elektrische Verbindung gewährleistet, auszubilden.
-
Die
oben erläuterten
Ausführungsbeispiele sind
Hochstromstecker, die mit einem Rasthebel versehen sind, der mittels
einer Rastnase an einer Gegensteckerbuchse eingreifen kann. Im Rahmen
der Erfindung ist es selbstverständlich
auch möglich,
den Rasthebel an der Gegensteckerbuchse vorzusehen, der dann mittels
einer Rastnase in eine entsprechende Rastausnehmung im Hochstromstecker
eingereift.
-
- 1
- Hochstromstecker
- 2
- Gehäuse
- 3
- Oberteil
- 4
- Unterteil
- 5
- Deckenwandung
- 6
- Längskante
- 7
- Steckrichtung
- 8
- Gehäusering
- 9
- Abstufung
- 10
- Steckstift
- 11
- Dichtnut
- 12
- Blende
- 13
- Öffnung für Steckgesicht
- 14
- Seitenwandung
- 15
- Längskante
- 16
- vordere
Kante
- 17
- Stecklippe
- 18
- Dichtnut
- 19
- Buchse
- 20
- Öffnung
- 21
- Lagerschale
- 22
- Rastnasenöffnung
- 23
- Innengehäuseabschnitt
- 24
- Rasthebel
- 25
- Lagerschale
- 26
- Rastnase
- 27
- Betätigungstaste
- 28
- Sackloch
- 29
- Innendeckel
- 30
- Buchse
- 31
- Steg
- 32
- Hohlstift
- 33
- Schraubenfeder
- 34
- Vergussteil
- 35
- Kabel
- 36
- Ader
- 37
- Kabelisolationsmantel
- 38
- Aderisolationsschutz
- 39
- Steckkontaktelement
- 40
- Isolierkörper
- 41
- Grundkörper
- 42
- Buchse
- 43
- Stufe
- 44
- Kern
- 45
- Tülle
- 46
- Steckabschnitt
- 47
- Endabschnitt
- 48
- Lasche
- 49
- Steckgesicht
- 50
- Vorsprung
- 51
- Gegensteckerbuchse
- 52
- Rahmen
- 53
- Frontfläche
- 54
- Vertiefung
- 55
- Steckgesicht
- 56
- Steckkörper
- 57
- Durchgangsöffnung (Kontaktkammer)
- 58
- Steckkontaktelement
- 59
- Rastausnehmung
- 60
- Rastkante
- 61
- Hochstromstecker
- 62
- Gegensteckerbuchse
- 63
- Hochstromstecker
- 64
- Hülse
- 65
- vorderer
Hülsenabschnitt
- 66
- hinterer
Hülsenabschnitt
- 67
- Übergangsabschnitt
- 68
- Ringvorsprung