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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltsteckvorrichtung für eine Hochvoltverbindung, insbesondere in Hybridfahrzeugen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
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Bei Leuchtensystemen ist es aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 202 05 430 U1 bereits bekannt, Leuchten mit einem Steckerteil zu versehen, das in ein Fassungsteil eines Stromversorgungsbalkens eingesteckt wird. Bei Niedervoltanwendungen ist es bekannt, die Steckverbindung koaxial auszubilden, so dass dann der Strahler in Bezug auf die Achse der Steckverbindung um 360° gedreht werden kann. Der Niedervoltbereich ist dadurch definiert, dass die zu übertragende Spannung in der Größenordnung von 12 V liegt. Im Hochvoltbereich werden dagegen Spannungen in der Größenordnung der Netzspannung, also 230 V, übertragen. Hier muss zum Schutz des Menschen sichergestellt werden, dass sich Fassungsteil und Steckerteil nicht unbeabsichtigt trennen können, um ernst zu nehmende Gefahrenpotentiale zu vermeiden. Dazu wird eine für Leuchtensysteme bekannte Hochvolt-Steckverbindung mit einem Fassungsteil und einem Steckerteil derart ausgebildet, dass sie die jeweils einen Zentralleiter und einen diesen koaxial umgebenden rohrförmigen Leiter aufweisen und zudem rotationssymmetrisch ausgebildet sind, so dass das Steckerteil relativ zu dem Fassungsteil drehbar ist, wobei das Fassungsteil und/oder das Steckerteil ein drehbares äußeres Halteorgan aufweist, das mit einem Halteorgan des anderen Teiles als Zugsicherung lösbar zusammengreift.
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Hochvoltsteckverbindungen sind im Kraftfahrzeug-Bereich insbesondere auch bei Hybridfahrzeugen bereits bekannt. Bei Fahrzeugen ohne Hybridtechnik mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren müssen Kfz-Mechaniker mit Stromspannungen mit bis zu 8 V rechnen. Im Hybridfahrzeug, das zusätzlich einen Elektromotor zur Fortbewegung nutzt, treten Spannungen bis zu 1.000 V auf. Deshalb sind bisher die Schnittstellen zu den Hochspannungsbaugruppen im Allgemeinen sehr versteckt angeordnet und dürfen aus Sicherheitsgründen nur von autorisierten Werkstätten geöffnet werden. Zur Sicherung des Personals wird in der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 016 137 A1 eine Kontaktierung einer Hochspannungsbaugruppe mittels einer Steckvorrichtung derart vorgesehen, dass beim Lösen der Steckvorrichtung eine Trennung der Hockspannung am Hochspannungsanschlusspunkt initiiert wird. Aufgrund der Verwendung einer Steckvorrichtung ist sichergestellt, dass bei einem Lösen der Steckverbindung die Hochspannung abgeschaltet wird, bevor der Hochspannungskontakt der Steckvorrichtung freiliegt beziehungsweise von außen zugänglich ist. In diesem Zustand ist ein versehentliches Berühren des Hochspannungskontaktes der Steckvorrichtung durch das Wartungspersonal unschädlich, da keine Hochspannung mehr anliegt. Durch die in der
DE 10 2006 016 137 A1 beschriebene Lösung wird ermöglicht, die Steckvorrichtung, welche die Zugangsstelle zur Hochspannungsbaugruppe bildet, an einer leicht zugänglichen Stelle des Hybridfahrzeugs zu platzieren, beispielsweise an einer mit oder ohne Handwerkzeug zugänglichen Stelle des Motorraums oder Kofferraums.
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Bei der beschriebenen Steckvorrichtung ist jedoch nachteilig, dass diese Art Steckvorrichtung ein Gehäuse mit eindeutiger Anordnung der Kontaktstifte und Kontaktbuchsen benötigt, damit die Trennung der Hochspannung am Hochspannungsanschlusspunkt auch tatsächlich initiiert wird. Bei einer Einzelsteckung von Steckern, wie sie teilweise ebenfalls zum Anschluss von Hochspannungsbaugruppen beziehungsweise Hochspannungsbauteile in dafür vorgesehene Buchsen verwendet wird, besteht die Gefahr einer Verwechslung der einzelnen Stecker, so dass eine Zuordnung der Kontakte zu den Kontaktbuchsen nicht von vorn herein gegeben ist. Zudem ist nachteilig, dass die Steckverbindung der
DE 10 2006 016 137 A1 keinen Schutz gegen mechanisches Lösen des Steckergehäuses gegenüber dem Gegensteckergehäuse aufweist, wodurch zusätzlich die Gefahr besteht, dass die Kontaktierung wenn sich das Steckergehäuses vom Gegensteckergehäuse durch Vibrationen des Fahrzeuges oder dergleichen löst, nicht immer sichergestellt ist.
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Aus der Druckschrift
US 5,017,147 A geht ein elektrischer Anschlusskasten hervor, der eine Vielzahl von Steckeraufnahmebuchsen aufweist, die an seinem Isolierkasten montiert sind. Eine ausgewählte der Steckverbinderaufnahmebuchsen oder die erste Steckverbinder-Aufnahmebuchse ist mit einer Verriegelungsabdeckung befestigt, die durch eine Feder gezwungen wird, flach über der benachbarten oder zweiten Steckverbinder-Aufnahmebuchse zu liegen. Ein erster Verbinder kann auf die erste Buchse montiert werden, wobei ein zweiter Verbinder nicht mit der zweiten Buchse verbunden werden kann, es sei denn, die Verriegelungsabdeckung wird aufgerichtet und auf dem ersten Verbinder verriegelt. Um die geringste Möglichkeit einer fehlerhaften Verbindungsreihenfolge auszuschließen, ist am zweiten Verbinder ein Verbindungsreihenfolgeprüfelement vorgesehen. Sollte der zweite Steckverbinder vor dem ersten Steckverbinder zuerst auf die passende Buchse montiert werden, indem die Verriegelungsabdeckung aufgerichtet wird, stößt das Verbindungsreihenfolgeprüfelement gegen die Rückseite der Verriegelungsabdeckung, um zu bewirken, dass die Verriegelungsabdeckung in Richtung des ersten Steckers vorgeschoben wird, so dass der erste Stecker blockiert ist und nicht auf die zugehörige Buchse montiert werden kann, wodurch ein Montagearbeiter auf die falsche Reihenfolge der Steckermontage aufmerksam gemacht wird.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde die Kontaktierung von Hochspannungsbauteilen oder Hochspannungsbaugruppen, insbesondere in Hybridfahrzeugen, mittels einzeln steckbarer Steckverbindungen hinsichtlich ihrer mechanischen Sicherheit unter gleichzeitiger eindeutiger Zuordenbarkeit der Kontaktierung zu verbessern.
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Die Lösung soll eine sichere und eindeutig zuordenbare Einzelsteckverbindung - Stecker/ Buchse - für insbesondere in Hybridfahrzeugen auftretende Spannungen größer 60V und dabei auftretenden Strömstärken von größer 100A ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Steckvorrichtung zur Kontaktierung von elektrischen Hochspannungsbauteilen oder Hochspannungsbaugruppen untereinander, welche mindestens eine Buchse und einen mit der Buchse korrespondierenden Stecker aufweist, die in einer gesteckten Kontaktstellung durch ein Arretierglied lösbar verriegelt sind, wobei durch zwischen der mindestens einen Buchse und dem korrespondieren Stecker übereinstimmende Merkmale eine vorgebbare eindeutige Zuordnung einer Steckverbindung von Stecker und Buchse sichergestellt ist, wobei die mindestens eine Buchse in einer Buchsenleiste angeordnet ist, wobei der mindestens einen Buchse mindestens ein schwenkbares Arretierglied zugeordnet ist, welches in der gesteckten Kontaktstellung von Buchse und korrespondierendem Stecker an den Stecker heran schwenkbar ist, wodurch die lösbare Verriegelung herstellbar und durch ein an dem mindestens einen Arretierglied angreifendes Verriegelungselement sicherbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verriegelungselement des mindestens einen Arretiergliedes ein Pilotstecker ist, wobei die Sicherung des mindestens einen Arretiergliedes durch Stecken des Pilotsteckers in eine auf der Buchsenleiste angeordnete Pilotbuchse nahe des mindestens einen Arretiergliedes erfolgt, wobei dem mindestens einen Arretierglied gegenüber dem mindestens einen Stecker und dem Pilotstecker Halteglieder zugeordnet sind, die von dem mindestens einen Arretierglied abgehen, die in der Kontaktstellung in eine korrespondierende Aufnahme des mindestens einen Steckers und des Pilotsteckers eingreifen, wobei das mindestens eine Arretierglied im nicht gesteckten Zustand des mindestens einen Steckers und der dem mindestens einem Stecker zugeordneten Buchse in seiner Ruhestellung gegenüber der Ebene der Buchsenleiste derart in dem vorgegebenen Winkel gekippt ist, dass das mindestens eine Arretierglied in der Ruhestellung oberhalb der Pilotbuchse liegt, wodurch der Pilotstecker nicht steckbar ist, da das mindestens eine Arretierglied die Pilotbuchse versperrt.
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Der Pilotstecker kann elektrisch abgefragt werden, so dass stets festgestellt werden kann, ob er gesteckt ist oder nicht. Ist der Pilotstecker nicht gesteckt bedeutet dies, dass keine sichere Steckverbindung vorliegt. Die Zuschaltung des Hochspannung unterbleibt bis die richtig und sicher gesteckten Steckerbindung/Steckerbindungen vorliegen.
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Ferner bevorzugt ist, dass jedem Stecker einer eine oder mehrere Einzelsteckungen zulassenden Steckvorrichtung, jeweils ein schwenkbares auf der Buchsenleiste angeordnetes Arretierglied zugeordnet ist, das zwischen dem Stecker oder den Steckern und dem Verriegelungselement angeordnet ist, wobei die Schwenkachsen der Arretierglieder in einer ersten Ausführungsform orthogonal und in einer zweiten und dritten Ausführungsformen entlang einer Längsachse der Buchsenleiste verlaufend ausgerichtet sind.
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Bei allen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass jedem Arretierglied gegenüber dem mindestens einen Stecker und jedem Pilotstecker das Halteglied zugeordnet ist, das in der Kontaktstellung zwischen Stecker und Buchse in eine korrespondierende Aufnahme des mindestens einen Steckers eingreift, wobei das mindestens eine Arretierglied aber im nicht gesteckten Zustand von Stecker und Buchse in seiner Ruhestellung gegenüber der Ebene der Buchsenleiste derart in dem vorgegebenen Winkel gekippt ist, dass das mindestens eine Arretierglied oberhalb der Pilotbuchse liegt, wodurch der Pilotstecker nicht mehr steckbar ist.
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Je nach Ausführungsform ist dabei bevorzugt, dass das Halteglied des mindestens einen Arretiergliedes, das gegenüber dem mindestens einen Stecker und dem Pilotstecker ausgebildet ist, und in der Kontaktstellung von Stecker und Buchse in die korrespondierende Aufnahme des mindestens einen Steckers und des Pilotsteckers eingreift, ein abgewinkelter, stegartiger Seitenarm oder ein abgewinkelter Steg oder eine abgewinkelte Zunge oder eine flanschartige, abgewinkelte Aufnahme mit halbkreisförmigen und kreisförmigen Öffnungen oder eine in dem Arretierglied ausgeformte Kontur ist.
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In der ersten Ausführungsform wird das mindestens eine Arretierglied bevorzugt in einer Ausnehmung einer auf der Buchsenleiste angeordneten Auflage schwenkbar gelagert und schlägt in der gekippten Ruhestellung an den Rändern der Ausnehmung genau in dem gewünschten vorgegebenen Winkel an, so dass das mindestens eine Arretierglied in eine Lage oberhalb der Pilotbuchse kommt, so dass der Pilotstecker nicht mehr steckbar ist, da das Arretierglied die Pilotbuchse versperrt.
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Dadurch entstehen bei der ersten Ausführungsform bevorzugt folgende die Kontaktierung von elektrischen Hochspannungsbauteilen oder Hochspannungsbaugruppen sichernde Wirkungsweisen.
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Eine Wirkungsweise der ersten Ausführungsform ist, dass das oder die bei einer eine oder mehrere Einzelsteckungen zulassenden Steckvorrichtung angeordnete/n Arretierglied/er gegenüber der Buchsenleiste in der gekippten Ruhestellung angeordnet ist/sind und an den Rändern der Ausnehmung genau in dem vorgegebenen Winkel anliegt/en. Dadurch kann der Pilotstecker erst dann in die Pilotbuchse gesteckt werden, wenn der oder die Stecker in die jeweils nach dem Schwenken des oder der Arretierglied/er freiliegenden Buchse/n gesteckt worden sind, da erst dann die Pilotbuchse des Pilotsteckers durch das Verschwenken des oder der Arretierglieder freigegeben ist.
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Eine weitere Wirkungsweise der ersten Ausführungsform ist, dass das oder die bei einer eine oder mehrere Einzelsteckungen zulassenden Steckvorrichtung angeordnete/n Arretierglied/er gegenüber der Buchsenleiste zunächst - zwischen den Buchsen liegend - in der gekippten Ruhestellung angeordnet ist/sind und an den Rändern der Ausnehmung genau in dem vorgegebenen Winkel anliegt/en. Dadurch führt ein als erstes durchgeführtes Stecken des Pilotsteckers in eine zugehörige Pilotbuchse zum Schwenken des mindestens einen Arretiergliedes aus der Ruhestellung heraus, wodurch sich das mindestens eine Arretierglied über die nebenliegende Buchse verschwenkt und mittels des am mindestens einen Arretierglied angeordneten abgewinkelten, stegartigen Seitenarmes diese nebenliegende Buchse sperrt, wodurch sich bei mehreren Einzelsteckungen mehrere nebeneinander liegende Arretierglieder über die jeweils an ihnen angeordneten abgewinkelten, stegartigen Seitenarme verhaken, so dass eine Steckung aller Stecker nicht mehr möglich ist, da die verhakten Arretierglieder die Buchsen nach Stecken des Pilotsteckers nicht mehr freigeben.
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In der ersten Ausführungsform führt die Einzelsteckung des oder der Stecker in der richtigen Reihenfolge gemäß des später noch genauer beschriebenen Ausführungsbeispiels - von links nach rechts - in die zugehörigen Buchse/n und Schwenken der Arretierglieder aus der Ruhestellung heraus in die Kontaktstellung und das Stecken des Pilotsteckers in die zugehörige Pilotbuchse zur Herstellung einer durch den Pilotstecker gesicherten lösbaren Verriegelung.
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In einer zweiten Ausführungsform ist im Unterschied zu ersten Ausführungsform das mindestens eine Arretierglied entlang der Längsachse der Buchsenleiste schwenkbar gelagert ist, zudem bildet das mindestens eine Arretierglied gegenüber der Buchsenleiste einen die Schwenkbewegung begrenzenden Anschlag aus, wodurch das mindestens eine Arretierglied in der gekippten Ruhestellung genau in einem vorgegebenen Winkel an der Buchsenleiste anschlägt, so dass das mindestens eine Arretierglied in der Ruhestellung oberhalb der Pilotbuchse liegt. Bevorzugt ist dabei zudem, dass die Ruhestellung des mindestens einen Arretiergliedes nach Entnahme des Pilotsteckers durch eine zwischen einem unteren Rand des mindestens einen Arretiergliedes und der Achse des mindestens einen Arretiergliedes angeordnete und in der Kontaktstellung vorgespannte Schenkelfeder bis hin zum begrenzenden Anschlag erzwungen wird. Die Achse der Schenkelfeder liegt dabei parallel zur Achse der Arretierglieder der zweiten Ausführungsform, also ebenfalls entlang der Längsachse der Buchsenleiste.
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Die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform ist, dass das oder die bei einer eine oder mehrere Einzelsteckungen zulassenden Steckvorrichtung angeordnete/n Arretierglied/er gegenüber der Buchsenleiste zunächst in der gekippten Ruhestellung angeordnet ist/sind.
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Nach Einzelsteckung des oder der Stecker in die zugehörigen Buchse/n und Schwenken des mindestens einen Arretiergliedes aus der Ruhestellung heraus in die Kontaktstellung führt das Stecken des Pilotsteckers in die zugehörige Pilotbuchse zur Herstellung einer durch den Pilotstecker gesicherten lösbaren Verriegelung. Dabei verschwenkt das mindestens eine Arretierglied an die Stecker und greift mittels abgewinkelter Stege und/oder einer abgewinkelten Zunge in die korrespondierenden Aufnahmen der Stecker ein. Ist der Pilotstecker nicht gesteckt wird das mindestens eine Arretierglied durch die Schenkelfeder bis zum am Arretierglied ausgebildeten Anschlag in Ruhestellung gezogen, so dass dann keine gesicherte lösbaren Verriegelung vorliegt.
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Die bevorzugten Ausführungsmerkmale der zweiten Ausführungsform sind auch auf die dritte Ausführungsform übertragbar.
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Die Wirkungsweise der dritten Ausführungsform ist zunächst entsprechend der zweiten Ausführungsform, so dass das oder die bei einer eine oder mehrere Einzelsteckungen zulassenden Steckvorrichtung angeordneten Arretierglied/er gegenüber der Buchsenleiste zunächst wieder in der gekippten Ruhestellung angeordnet ist/sind. Der Anschlag und die Schenkelfeder ist dabei analog mit dergleichen Wirkungsweise ausgebildet.
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Nach Einzelsteckung des oder der Stecker in die zugehörigen Buchse/n und Schwenken des Arretiergliedes aus der Ruhestellung heraus in die Kontaktstellung führt auch hier das Stecken des Pilotsteckers in die zugehörige Pilotbuchse zur Herstellung der lösbaren Verriegelung. Dabei umgreift das hier als Flansch ausgebildete eine Arretierglied mittels halbkreisförmiger Öffnungen den oder die Stecker beziehungsweise weist der Flansch eine kreisrunde Öffnung auf, durch die nach Herstellung der Kontaktstellung des oder der Stecker und der oder den Buchsen und Heranschwenken des Arretiergliedes an die halbkreisförmiger Öffnungen, ein Pilotstecker durch die kreisrunde Öffnung des Flansches in die Pilotbuchse steckbar ist. Ist der Pilotstecker nicht gesteckt wird das mindestens eine Arretierglied durch die beispielsweise wie bei der zweiten Ausführungsform angeordnete Schenkelfeder am Arretierglied bis zu dem ebenfalls wie in der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Anschlag wieder in Ruhestellung gezogen, so dass dann keine gesicherte, lösbare Verriegelung hergestellt ist. Dabei liegt das Arretierglied wieder oberhalb der Pilotbuchse und sperrt die Pilotbuchse, so dass in dieser Position der Pilotstecker nicht steckbar ist, da in dieser Position die Buchsen/Stecker Steckverbindungen gegebenenfalls gesteckt aber nicht durch das flanschartige Arretierglied gesichert sind.
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Abschließend sind weitere bevorzugte Ausgestaltungen genannt, die für alle Ausführungsformen gleichermaßen verwendet werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die mindestens eine korrespondierende Aufnahme, die einem abgewinkelten, stegartigen Seitenarm oder einem abgewinkelter Steg oder einer abgewinkelte Zunge oder einer flanschartige, abgewinkelte Aufnahme mit halbkreisförmigen und kreisförmigen Öffnungen oder einer Kontur in der Kontaktstellung von Stecker und Buchse oder von Pilotstecker und Pilotbuchse gegenüberliegt, eine am Stecker beziehungsweise Pilotstecker ausgebildete Nut.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist das mindestens eine Arretierglied zwecks leichter Austauschbarkeit mittels mindestens eines Clips auf die Buchsenleiste aufclipsbar befestigt.
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Zudem ist bevorzugt, das der Pilotstecker mittels eines Befestigungsmittels unverlierbar an der Steckvorrichtung gesichert ist.
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Um die Ergreifbarkeit des Pilotstecker komfortabel zu gestalten wird der Pilotstecker in weiterer bevorzugter Ausgestaltung mittels eines Distanzstückes gegenüber der Buchsenleiste nach oben versetzt.
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Schließlich ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Buchsen und die Pilotbuchse zur verbesserten Montage und zur Zentrierung des mindestens einen Steckers und des Pilotsteckers gegenüber dem mindestens einen Arretierglied mittels einer Einfräsung in die Buchsenleiste einbringbar ist.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1A jeweils eine Steckvorrichtung zur Verbindung eines Hochspannungs-Traktionsnetzes mit einer Hochvoltbatterie eines Hybridfahrzeuges;
- 1B jeweils eine Steckvorrichtung zur Verbindung einer Leistungselektronik eines Hybridfahrzeuges - beispielsweise eines Pulswechselrichters - mit einer elektrischen Maschine - beispielsweise einem Impulsstartmodul - einer Verbrennungskraftmaschine;
- 2 die wesentlichen Bauteile der Steckvorrichtung und die zugehörigen Buchsen und Stecker;
- 3A einen Stecker in einer Seitenansicht und in einer perspektivischen Darstellung;
- 3B einen Stecker in einer Unteransicht;
- 4A die Steckvorrichtung - erste Ausführungsform - in gestecktem Zustand der Buchsen und Stecker in einer Seitenansicht;
- 4B die Steckvorrichtung - erste Ausführungsform - in gestecktem Zustand der Buchsen und Stecker in einer Draufsicht;
- 5A bis 5D die Steckvorrichtung - erste Ausführungsform - in einer sequenziellen schematischen Darstellung des Überganges vom nicht gesteckten in den gesteckten Zustand;
- 6A bis 6C eine Steckvorrichtung - zweite Ausführungsform - in drei perspektivischen Darstellungen;
- 6D bis 6G eine Ausbildung, des in der zweiten Ausführungsform verwendeten Arretiergliedes in verschiedenen Darstellungen;
- 6H und 6I eine in der zweiten Ausführungsform der Steckvorrichtung für den Pilotstecker verwendeten Befestigungsmöglichkeit;
- 6J eine in der zweiten Ausführungsform der Steckvorrichtung verwendeten Anordnung des Pilotsteckers über ein Distanzstück;
- 6K eine in der zweiten Ausführungsform der Steckvorrichtung verwendete Anordnung der Stecker und des Pilotsteckers über in einer Buchsenleiste eingebrachte Einfräsungen für die jeweils zugehörigen Buchsen der Steckvorrichtung und
- 7A bis 7C eine Steckvorrichtung - dritte Ausführungsform - in einer Draufsicht und in zwei Seitenansichten.
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1 zeigt Steckvorrichtungen 100, die beispielsweise zum Verbinden eines Traktionsnetzes 10 mit einer Hochvoltbatterie 20 in einem Hybridfahrzeug verwendet werden können. Das Traktionsnetz 10 kann mit der Hochvoltbatterie 20 und beispielsweise einem Kältekompressor 50 verbunden werden, indem aus dem Traktionsnetz 10 ankommende Buchsen 104n auf jeweils angeordnete Stecker 102n aufgeschaltet werden. Die Buchsen 104n sind dabei auf Buchsenleisten 106 beziehungsweise in Buchsenleisten 106 angeordnet. Die zwischen Stecker 102n und Buchse 104n herstellbaren Steckverbindungen sind in 1A entlang einer Längsachse L der Buchsenleiste 106 angeordnet. Dies gilt sowohl für die traktionsnetzseitige Anordnung als auch für die hochvoltbatterieseitige Anordnung. Beide Steckvorrichtungen 100, die in 1A dargestellt sind, weisen eine Auflage 106A und in der Auflage 106A angeordnete Ausnehmungen 106B (Bezugszeichen nur an der Hochvoltbatterie 20) auf, auf die später noch detailliert eingegangen wird.
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In der 1B ist eine ähnliche beispielhafte Ausführung von zwei Steckvorrichtungen 100 zur Verbindung einer Leistungselektronik, beispielsweise eines Pulswechselrichters, mit einer elektrischen Maschine, beispielsweise mit einem Impulsstartmodul 40 der elektrischen Maschine, dargestellt, die jeweils zur Verbindung untereinander die Buchsenleiste 106 aufweisen, beziehungsweise in der die Stecker 102n in die in der Buchsenleiste 106 angeordneten Buchsen 104n entlang der Längsachse L entlang der Buchsenleiste 106 gesteckt sind. Die Bezugszeichen der 1B entsprechen ansonsten der 1A.
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In der 2 sind zur Verdeutlichung die wesentlichen Bauteile der Steckvorrichtung 100 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 102 ist in einer perspektivischen Ansicht ein einzelner gekröpfter Stecker 102 dargestellt. Im Zentrum der 2 sind die Buchsenleisten 106 von unten sichtbar in einer perspektivischen Darstellung [2-er und 3-er Steckverbindung] gezeigt, wobei die in der Buchsenleiste 106 steckenden Buchsen 104 ebenfalls rechts davon in einer Einzeldarstellung gezeigt sind.
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Auf der rechten Seite der 2 ist dargestellt, dass die Stecker 102, nicht wie links in 2 dargestellt, gekröpft sind, sondern auch in einer geraden Ausführung einsetzbar sind.
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In den 3A und 3B ist ein gekröpfter Stecker 102 in einer Seitenansicht beziehungsweise einer perspektivischen Darstellung gezeigt, wobei 3B eine Unteransicht des Steckers 102 zeigt. Der hier um 90° gekröpfte Stecker 102 weist einen Steckerkopf 102A, einen Steckerhals 102B und eine Aufnahme in Form einer Nut 102C auf. Ein Stecker 102 weist zudem im Bereich des Steckerhalses 102B eine Schirmanbindung 108 des Kabels beziehungsweise eine Kabelzugentlastung auf. Das Kabel selbst ist unterhalb der Schirmanbindung beziehungsweise Kabelzugentlastung 108 dargestellt und wird an der Schirmanbindung 108 fixiert. Ein solcher Stecker 102 weist die Schutzklasse IP69 auf und ist durch die Kabelzugentlastung 108 gegen eine Zugkraft von circa 30 kg abgesichert. Der Nennstrom beträgt beispielsweise 135 A und die Nennspannung 440 V. Der Kurzzeitstrom (10 s) beträgt 250 A und die Kurzzeitspannung (10 s) ist auf 600 V ausgelegt. Solche Stecker 102 arbeiten in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C, wobei die Prüfspannung 1500 V beträgt. Der mit der 90° gekröpften Abwinkelung hergestellte Push-Pull-Stecker weist zum Beispiel in einer vorgebbaren Größe einen Buchsenkontakt von 35 mm2 auf.
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In der Unteransicht 3B ist eine Kontaktnase 102D, die oberhalb des Mittelpunktes des Steckers 102 auf 0° des Kontaktes - von circa 6 mm im Durchmesser - im Zentrum des Steckers angeordnet ist.
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Diese Kontaktnase 102D dient in Zusammenarbeit mit einer Codiernase 102E zur Kodierung der Stecker 102 gegenüber einer Buchse 104. Diese Codiernase 102E ist beispielsweise in 2C auf 90° ausgeführt. Bei einer Steckvorrichtung 100, bei der beispielsweise drei Stecker 102n=1,2,3 ausgeführt sind, kann die Codiernase 102E also einfach einmal auf 90°, einmal auf 180° und ein drittes mal auf 270° angeordnet werden, so dass sich zusätzlich im Zusammenhang mit der Kontaktnase 102D eine eindeutige Zuordnung zu einer jeweils in der Buchse 104n angeordneten, korrespondierenden Ausnehmung bildet. Somit sind zwischen Stecker 102n und Buchse 104n übereinstimmende Merkmale ausgeführt, die eine vorgebbare, eindeutige Zuordnung der Steckverbindung 100 hinsichtlich mehrerer Stecker 102n und Buchsen 104n sicherstellt.
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In den 4A und 4B sowie den 5A bis 5D ist eine Steckvorrichtung 100 in einer ersten Ausführungsform dargestellt und wird nachfolgend erläutert. 4A zeigt die Steckvorrichtung 100 mit drei Steckern 102n=1,2,3 und drei Buchsen 104n=1,2,3. Die Buchsen 104n=1,2,3 sind in der Buchsenleiste 106 angeordnet, auf der die bereits in der 1A erwähnte Auflage 106A liegt.
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In der Auflage 106A der Buchsenleiste 106 sind Ausnehmungen 106B angeordnet. Zwischen den Steckern 102n=1 und 102n=2 sowie den Steckern 102n=2 und dem Stecker 102n=3 ist jeweils ein bügelartiges Arretierglied 110n=1 und 110n=2 angeordnet. Zudem ist ein weiteres Arretierglied 110n=3 zwischen dem Stecker 102n=3 und einem in 4A, 4B nicht dargestellten Pilotstecker 102p angeordnet. Die Stecker 102n=1,2,3 und Buchsen 104n=1,2,3 befinden sich in einer Kontaktstellung I, bei der von den bügelartigen Arretiergliedern 110n=1,2,3 abgehende Halteglieder 1105 in einer als abgewinkelte, stegartige Seitenarme erfolgten Ausführung angeordnet sind. Diese abgewinkelten, stegartigen Seitenarme 1105 greifen in die korrespondierende Aufnahme, jeweils eine Nut 102C, der Stecker 102n=1,2,3 ein. Wird nun in die Pilotbuchse 104p der nicht dargestellte Pilotstecker 102p eingesteckt, so sind die Stecker 102n=1,2,3 über die Arretierglieder 110n=1,2,3 auf der Buchsenleiste 106 gesichert.
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Die Arretierglieder 110n=1,2,3 sind in der erstem Ausführungsform quer zur Längsachse L der Buchsenleiste 106 verschwenkbar.
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Die 4B zeigt mit gleichen Bezugszeichen die zugehörige Draufsicht der Steckvorrichtung 100 ebenfalls in der Kontaktstellung I.
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In der Draufsicht der 4 werden die Schwenkachsen, die orthogonal zur Längsrichtung L der Buchsenleiste 106 verlaufenden Schwenkachsen der Arretierglieder 110n=1,2,3 sichtbar.
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Bei dieser ersten Ausführungsform gibt es nun für die Kontaktierung von elektrischen Hochspannungsbauteilen oder Hochspannungsbaugruppen mittels Stecker und Buchse 102n/104n folgende vorteilhafte Wirkungsweisen, die in den 5A, 5B, 5C und 5D dargestellt sind.
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In der 5A sind die Arretierglieder 110n=1,2,3 nach rechts abgekippt und in Ruhestellung II angeordnet.
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Diese abgekippte Anordnung in Ruhestellung II wird durch die Ausnehmung 106B in der Auflage 106A bewirkt, da die Stege der Arretierglieder 110n=1,2,3 an dem jeweiligen rechten Rand der Ausnehmung 106B anschlagen. Gleichzeitig führt diese Ruhestellung dazu, dass der nicht dargestellte Pilotstecker 102p nicht auf die Pilotbuchse 104p steckbar ist. Lediglich die Buchse 104n=1 ist freiliegend und könnte gesteckt werden. Anschließend wird das Arretierglied 110n=1 an die Buchse 104n=1 beziehungsweise den auf der Buchse 104n=1 angeordneten, nicht dargestellten Stecker 102n=1 herangeschwenkt und greift in die dafür vorgesehene Nut 102C ein. Dadurch wird die Buchse 104n=2 frei und der zugehörige Stecker 102n=2 mit der, wie beschriebenen, entsprechenden Kodierung kann wie zuvor der Stecker 102n=1 in die Buchse 104n=2 gesteckt werden. Das Arretierglied 110n=2 wird an die Buchse 104n=2 beziehungsweise den in der Buchse 104n=2 angeordneten, nicht dargestellten Stecker 102n=2 herangeschwenkt und greift in die dafür vorgesehene Nut 102C ein. Die gleiche Vorgehensweise betrifft die Buchse 104n=3 und den zugehörigen Stecker 102n=3, wobei das letzte Arretierglied 110n=3 an den Stecker 102n=3 herangeschwenkt wird. Dann wird der Pilotstecker 102p (ebenfalls nicht dargestellt) in die Pilotbuchse 104p gesteckt und die Steckvorrichtung 100 befindet sich in einer gesicherten, lösbaren Verriegelungsstellung im Kontaktzustand I (siehe 4A, 4B beziehungsweise 5D).
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5B zeigt ebenfalls die Ruhestellung II, wobei hier dargestellt ist, dass bei dem Versuch den Pilotstecker 102p zu stecken, die Halteglieder 1105, ausgeführt als abgewinkelte, stegartige Seitenarme der Arretierglieder 110n=2 und 110n=3, ineinander verhaken. Eine vollständige Steckung von Steckern 102n ist in einem solchen Fall nicht mehr möglich. Die 5C und 5D zeigen noch einmal, wie bereits zur 5A beschrieben, wie die jeweiligen Stecker 102n in der Reihenfolge von links an rechts gesteckt werden müssen. Erst zum Schluss kann wie beschrieben, wie in 5D gezeigt, der Pilotstecker 102p nach Heranschwenken des letzten Arretiergliedes 110n=3 gesteckt werden. Dadurch wird eine vorgegebene Steckreihenfolge erreicht und schließlich durch die Arretierglieder 110n eine Sicherung der Steckverbindungen 102n/104n erreicht
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Zum Entfernen der Stecker 102n=1,2,3 muss in umgekehrter Reihenfolge vorgegangen werden, nämlich Ziehen des Pilotsteckers 102p und anschließend Ziehen der Stecker 102n=3 und 102n=2 und schließlich des Steckers links 102n=1.
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In den 6A bis 6C wird eine zweite Ausführungsform der Steckvorrichtung 100 dargestellt und nachfolgend beschrieben.
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Die 6A und 6B zeigen eine Steckvorrichtung 100 mit zwei Steckern 102n=1,2. Den Steckern 102n=1,2 ist analog ein Pilotstecker 102p zugeordnet, wobei zwischen diesem Pilotstecker 102p und den Steckern 102n=1,2 ein beide Stecker gleichzeitig sicherndes Arretierglied 110n=1,2 angeordnet ist. In der zweiten Ausführungsform ist die Schwenkachse des Arretiergliedes 110n=1,2 entlang der Längsachse L der Buchsenleiste 106 verlaufend angeordnet. In den mit gleichen Bezugszeichen versehenen 6A, 6B ist zudem die Nut 102C dargestellt, in die in Kontaktstellung I abgewinkelte Stege als Halteglieder 1105 des Arretiergliedes 110n=1,2 und eine zwischen den Steckern 102n=1,2 abgewinkelte Zunge ebenfalls als eine Art Halteglied 1105 eingreift.
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6C zeigt nur die Buchsenleiste 106 mit dem Arretierglied 110n=1,2. An diesem Arretierglied 110n=1,2 ist in der Mitte die als Halteglied 1105 ausgebildete Zunge und seitlich davon die abgewinkelten Stege als Halteglied 1105 der Stecker 102n=1,2 sichtbar. Unterhalb der Buchsenleiste 106 sind in einer Art Explosionsdarstellung die Buchsen 104n=1,2 und die zugehörige Pilotbuchse 104p gezeigt.
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Eine Besonderheit der zweiten Ausführungsform betrifft die Ausführung der Positionierung des Arretiergliedes 110n=1,\2. Diese besondere Ausführung ist in den 6D, 6E und 6F in verschiedenen Darstellungsperspektiven gezeigt. Wie 6D zeigt, ist das Arretierglied 110n=1,2 mittels eines Clips 1102 auswechselbar entlang der Längsachse L der Buchsenleiste 106 gelagert.
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Das beidseitig verclipste Arretierglied 110n=1,2 nimmt bei Nichtsteckung des Pilotsteckers 102p die Ruhestellung II ein, bei der ein oberer Bügel des Arretiergliedes 110n=1,2 genau über der Pilotbuchse 104p liegt. Diese Ruhestellung II, in der genannten Position, ergibt sich dadurch, dass die Unterseite des Arretiergliedes 110n=1,2 mit einem Anschlag 1103 versehen ist, so dass das Arretierglied 110n=1,2 nicht weiter als bis zu diesem Anschlag 1103 schwenken kann. Diese Position ist in 6D dargestellt. Zusätzlich in der 6D dargestellt ist die Anordnung eines Federelementes 1101 in Form einer Schenkelfeder, die vorzugsweise im Inneren des Arretiergliedes 110n=1,2 sitzt. Die Schenkelfederachse verläuft parallel zur Schwenkachse des Arretiergliedes 110n=1,2 und greift einerseits am Clip 1102 des Arretiergliedes 110n=1,2 an und untergreift andererseits eine Unterkante des Arretiergliedes 110n=1,2. Diese Schenkelfeder ist unter Vorspannung in der hier nicht dargestellten Kontaktstellung 1 eingebracht und bewirkt bei Entnahme des Pilotsteckers 102p, dass das Arretierelement 110n=1,2 in die geschwenkte, gekippte Ruhestellung II verschwenkt, jedoch nur bis zu dem ausgeführten und in 6d gezeigten Anschlag 1103.
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In 6E ist diese Wirkungsweise in einer Seitenansicht dargestellt. In 6F ist diese Wirkungsweise in einer Draufsicht dargestellt und es wird sichtbar, dass die Zunge als Halteglied 1105 genau oberhalb der Pilotbuchse 104p liegt, so dass in der Ruhestellung II der Pilotstecker 102p nicht steckbar ist.
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Das Arretierglied 110n=1,2 ist in 6G nochmals in vergrößerter Darstellung gezeigt, wobei eine Kontur 1104 als Halteglied gegenüber dem Pilotstecker 102p ausgeführt ist. Sichtbar ist hier zudem nochmals der Anschlag 1103 in einer vergrößerten Darstellung und die zwischen den Steckern102n=1,2 in der Nut zur Anlage bringbaren Zunge als Halteglied 1105.
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In den 6H bis 6I ist sichtbar, dass der Pilotstecker 102p mittels eines Befestigungsmittels, vorzugsweise einer Kunststoffschnur oder dergleichen, an der Buchsenleiste 106 einerseits und am Steckerkopf 102A beispielsweise über eine Schraube oder dergleichen gesichert befestigt ist.
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In 6J wird gezeigt, dass der Pilotstecker 102p über ein Distanzstück 114 gegenüber der Buchsenleiste 106 höhergelegt ist, wodurch vorteilhaft das Ergreifen des Pilotsteckers 102p beim Ziehen aus der Pilotbuchse 104p erreichbar ist. Zudem zeigt die 6K, dass in der Buchsenleiste 106 vorgesehene Einfräsungen für die Anordnung der Buchsen 104n ausgeführt werden, wodurch eine zentrierte Anordnung der Buchsen 104n und Stecker 102n gewährleistet ist. Hierdurch vereinfacht sich auch insgesamt die Montage der Steckvorrichtung 100.
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Die in 6H bis I und 6J sind in allen beschriebenen Ausführung in Kombination oder einzeln ausführbar.
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In der 7 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt.
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Die 7A, 7B und 7C zeigen eine Steckvorrichtung 100 in einer dritten Ausführungsform in einer Draufsicht (7A) und zwei verschiedenen Seitenansichten (7B und 7C). Das Arretierglied 110n=1,2,3 ist hier analog zur zweiten Ausführungsform ebenfalls einteilig und umfasst wiederum den Pilotstecker 102p und in dieser dritten Ausführung drei Stecker 102n=1,2,3. Das Arretierglied 110n=1,2,3 ist als ein einteiliges, flanschartiges Arretierglied 110n=1,2,3 mit abgewinkelten, halbkreisförmigen und einer kreisförmigen Öffnung ausgebildet, die bei dieser dritten Ausführungsform die Halteglieder 1105 bilden. Die halbkreisförmigen Öffnungen umgreifen die Stecker 102n=1,2,3 im Bereich der Nut als Aufnahme 102C.
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Die kreisförmige, geschlossene Öffnung ist zur Sicherung des Arretiergliedes 110n=1,2,3 mittels des Pilotsteckers 102p vorgesehen.
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In der in den 7A, 7B und 7C dargestellten Kontaktstellung I ist bereits das einteilige Arretierglied 102n=1,2,3 an die Stecker 102n=1,2,3 herangeschwenkt und der Pilotstecker 102p in die Pilotbuchse 104p gesteckt. Durch das Stecken des Pilotsteckers 102p ist die sichere lösbare Verriegelung gewährleistet. Hinsichtlich der Ruhestellung II wird auf die Funktionsbeschreibung und Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform hingewiesen, die analog in dieser dritten Ausführungsform Anwendung finden kann. Eine Ruhestellung II und die entsprechende Kippstellung mit der oberhalb der Pilotbuchse 104p liegenden kreisrunden Ausbildung des Arretiergliedes 110n=1,2,3 beziehungsweise 110p gewährleistet, dass in der Ruhestellung II der Pilotstecker 102p nicht in die Pilotbuchse 104p steckbar ist.
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Hinsichtlich der Steuerung der Kippstellung durch eine Auflage 106A und die entsprechenden Ausnehmungen 106B, wie sie zur ersten Ausführungsform beschrieben worden sind, wird festgestellt, dass diese Lösung auch auf die zweite und dritte Ausführungsform übertragbar ist. Genauso ist die beschriebene Lösung der zweiten und dritten Ausführungsform mittels Anschlag 1103 am Arretierglied 110n und/oder am angeordneten Federelement 1101 im Bereich des Arretierelementes 110n auch auf die erste Ausführungsform übertragbar.
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Zudem sind die Lösungen der 6H, 6I und 6J beziehungsweise 6K, welche die Sicherung des Pilotsteckers 102p beziehungsweise die Höherpositionierung des Pilotsteckers 102p beziehungsweise die zur Zentrierung vorteilhaft ausgeführten Einfräsungen 116 der Buchsen 104n in der Buchsenleiste 106 zeigen, bei allen Ausführungsformen anwendbar.
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Die für den Hochvoltbereich vorgesehene Steckverbindung 100 dient zur Einzelsteckung sowohl für Gleich- als auch für Wechselstrom zwischen den Hochvoltbauteilen beziehungsweise Hochvoltbaugruppen eines Hybridfahrzeuges.
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Die Steckvorrichtung 100 zeichnet sich durch hohe Variabilität hinsichtlich der Anzahl der Leitungsabgänge beziehungsweise Steckverbindungen 120n/104n in der jeweiligen Anzahl n=1, 2, 3... und noch weitere aus. Die Auslegung der so standardisierten Bauteile benötigt einen kleinen Bauraum und aufgrund der einfachen codierten eindeutigen und somit stets richtigen Steckung und anschließenden Arretierung ist auch eine sichere Befestigung in einer kurzen Zeit möglich, so dass sich die notwendige Erstmontagezeit und zudem die bei der Instandhaltung benötigte Montagezeit verringert. Durch die Codierung der Stecker 102n und die zusätzlichen Arretierung ist eine anschlussfeste und gegen Vertauschen gesicherte Steckvorrichtung 100 geschaffen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Traktionsnetz
- 20
- Hochvoltbatterie
- 30
- Pulswechselrichter
- 40
- elektrische Maschine
- 50
- Kältekompressor
- 100
- Steckvorrichtung
- 102n
- Stecker
- 102A
- Steckerkopf
- 102B
- Steckerhals
- 102C
- Nut
- 102D
- Kontaktnase
- 102E
- Codiernase
- 104n
- Buchse
- 106
- Buchsenleiste
- 106A
- Auflage
- 106B
- Ausnehmung
- 108
- Schirmanbindung/Kabelzugentlastung
- 110n
- Arretierglied
- 1101
- Federelement
- 1102
- Clip
- 1103
- Anschlag
- 1104
- Kontur
- 1105
- Halteglied
- 102p
- Pilotstecker
- 104p
- Pilotbuchse
- 112
- Befestigungsmittel
- 114
- Distanzstück
- 116
- Einfräsung
- n
- Anzahl
- I
- Kontaktstellung der Stecker 102n und des Pilotsteckers 102p in den Buchsen 104n und der Pilotbuchse 104p
- II
- Ruhestellung Arretierglied 110n
- L
- Längsachse
