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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktstecker.
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Elektrische
Kontaktstecker werden in unterschiedlichsten Varianten und in unterschiedlichsten technischen
Bereichen zur elektrischen Steckverbindung eingesetzt. Üblicherweise
besteht eine Steckverbindung aus einem Steckerteil und einem Buchsenteil.
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Mitunter
werden Kontaktstecker in Bereichen eingesetzt, bei denen starke
Temperaturunterschiede und dadurch bedingt Wärmeausdehnungseffekte der Anschlussbereiche
auftreten können.
Ein Beispiel hierfür
ist beispielsweise der Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Die Wärmeausdehnung
der Anschlussbereiche kann zu einer Bewegung der Kontaktelemente
der Steckverbindung relativ zueinander führen. Dieses Problem besteht
beispielsweise insbesondere bei Hochvolt- oder Hochstrom-Steckverbindern
im Kraftfahrzeugbereich, die für
Spannungen > 52 V,
beispielsweise Spannungen im Bereich zwischen 100 und 650 V sowie
für Ströme im Bereich
bis zu 50 bis 400 A ausgebildet sind. Derartige Steckverbinder werden
beispielsweise bei Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieben, insbesondere
den sogenannten Hybridfahrzeugen, eingesetzt.
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Falls
sich die Steckkontaktelemente, also der Steckerteil auf der einen
Seite und der Buchsenteil auf der anderen Seite, relativ zueinander
bewegen, besteht das Problem, dass aufgrund von Reibkorrosion die
Kontaktoberfläche
Schaden nimmt, was bei hohen Strömen
bis zum Abbrand der Kontakte führen
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere und zuverlässige Steckkontaktverbindung
zu ermöglichen,
bei der eine insbesondere temperaturbedingte Relativbewegung der
Kontaktelemente vermieden ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Kontaktstecker mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der
Kontaktstecker umfasst ein Steckergehäuse, an dem ein einen Leiter
umfassendes Kabel angeschlossen ist. Zur Kombination von insbesondere
temperaturbedingen Längenausdehnungen
weist das Steckergehäuse
einen Längenausgleichsraum
auf. In diesem ist der Leiter zur Ermöglichung der Längenkompensation
radial nach außen gebogen.
Der Leiter ist innerhalb des Längenausgleichsraums
daher insbesondere nach Art einer Schleife oder eines U's radial, also senkrecht
zu seiner Längsrichtung
gebogen. Durch diese Maßnahme ist
eine Längenkompensation
in Längs-
oder X-Richtung in einfacher Weise dadurch ermöglicht, dass der Leiter in
radialer Richtung ausweichen bzw. nachgeführt werden kann. Insgesamt
ist daher das System bestehend aus Kabel und Steckkontaktelement
innerhalb des Kontaktsteckers in Längsrichtung flexibel, d. h.
das Steckkontaktelement und das Kabel sind relativ zueinander in
Längsrichtung
beweglich. Erfordern daher beispielsweise Temperaturunterschiede
eine Längenkompensation,
so kann diese durch den gebogenen Teilbereich des Leiters erfolgen,
ohne dass das Steckkontaktelement relativ zu seinem Gegenstück verschoben
werden muss. Dadurch ist also das Entstehen einer Reibkorrosion
und somit die Schädigung
der Kontaktelemente sicher vermieden.
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Um
eine ausreichende Kompensation zu ermöglichen, ist der Leiter vorzugsweise
um zumindest etwa den Betrag seines Durchmessers gebogen, d. h.
im Falle eines beispielsweise U-förmig gebogenen Leiters beträgt die Höhe des U's dem etwa zumindest zweifachen
Leiterdurchmesser.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung ist der Leiter ein Litzenleiter mit
einer Vielzahl von Einzeldrähten,
wobei der Litzenleiter im Bereich des Längenausgleichsraums abisoliert
ist. Bei der Verwendung eines Litzenleiters mit einer Vielzahl von Einzeldrähten ist
eine Längenkompensation
auf besonders einfachem Wege ermöglicht,
da aufgrund der Vielzahl der im Wesentlichen losen Einzeldrähte und
deren leichten Biegsamkeit der gebogene oder schleifenartige Verlauf
der Einzeldrähte
sich problemlos ausbilden lässt.
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Üblicherweise
sind die Einzeldrähte
des Litzenleiters verdrillt. Zweckdienlicherweise ist nunmehr vorgesehen,
dass die Verdrillung im Längenausgleichsraum
zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig aufgehoben ist. Bereits
allein durch die Aufhebung der Verdrillung werden die Einzeldrähte nach
außen
gebogen und quasi entfächert.
Durch das Entdrillen bilden die Einzeldrähte quasi eine Art Geflecht,
welches um einen zentralen Hohlraum herum ausgebildet ist. Dieses
Geflecht weist beispielsweise eine Art Diskusform auf.
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Um
den Längenausgleich
zu ermöglichen und
eine Reibkorrosion zwischen den Kontaktelementen zu vermeiden, ist
in bevorzugter Ausgestaltung das Steckkontaktelement im Gehäuse in Längsrichtung
beweglich angeordnet. Durch diese Beweglichkeit ist gewährleistet,
dass das Steckkontaktelement relativ zu dem Kabel, mit dem es verbunden
ist, bewegbar ist. Die Steckkontaktkräfte sind ausreichend groß, so dass
bei einer Längenausdehnung die
beiden ineinander gesteckten Steckkontaktelemente relativbewegungsfrei
in ihrer Sollposition zueinander verbleiben.
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Vorzugsweise
ist zur definierten Ausbildung des bogen- oder schleifenförmigen Verlaufs
des Leiters im Ausgleichsraum ein insbesondere flexibler Hilfskörper vorgesehen,
um den der Leiter herumgeführt
ist. Zweckdienlicherweise sind die Einzeldrähte bei einem Litzenleiter
um zumindest zwei Seiten oder auch allseitig um den Hilfskörper herumgeführt. Insgesamt
ist dadurch eine definierte Führung
der Einzeldrähte
erzielt.
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Der
Hilfskörper
ist im Querschnitt gesehen konvex, also nach außen gekrümmt ausgebildet. Dadurch können sich
die Einzeldrähte,
ohne dass eine scharfkantige Umlenkung erfolgt, an den Hilfskörper anschmiegen.
Der Hilfskörper
ist vorzugsweise ein Zylinder oder auch eine Kugel.
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Zweckdienlicherweise
ist der Hilfskörper
als ein Einlegeteil ausgebildet, welches als solches in den Freiraum
zwischen den entdrillten Einzeldrähten eingedrückt wird.
Alternativ hierzu wird der Hilfskörper durch einen separaten
Spritzvorgang ausgebildet. Hierzu wird in den Freiraum zwischen
den entdrillten Einzeldrähten eine
Spritzmasse eingespritzt, so dass sich die Einzeldrähte um diese
Spritzmasse herum anschmiegen. Das Einspritzen erfolgt hierbei vorzugsweise
bei montiertem Steckergehäuse
innerhalb desselben. Hierzu wird beispielsweise von der Seite, an
dem das Steckkontaktelement angeordnet ist, eine Spritznadel in
den Ausgleichsraum und zwar in den Freiraum zwischen den einzelnen
Drähten
eingeführt.
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In
einer bevorzugten alternativen Ausbildung ist der Hilfskörper am
Gehäuse
unmittelbar angeformt, ist also insbesondere ein Teil des Gehäuses selbst.
Bei dem Gehäuse
handelt es sich üblicherweise
um ein Kunststoff-Spritzgussteil. Diese Ausgestaltung hat daher
den Vorteil, dass der Hilfskörper
bei der Herstellung des Gehäuses
direkt mit dem Gehäuse
durch einen gemeinsamen Spritzvorgang ausgebildet wird.
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Zweckdienlicherweise
ist der Hilfskörper
dabei nach Art eines sich verjüngenden
Dorns ausgebildet. Der Dorn ist hierbei insbesondere an einer Seitenwand
des Gehäuses
ausgebildet und erstreckt sich von dort in den Ausweichraum von
der Seite her hinein. Aufgrund der sich verjüngenden, insbesondere konischen
Ausgestaltung kann der Dorn daher in einfacher Weise zwischen die
Einzeldrähte
eingeschoben werden, so dass er diese automatisch beispielsweise
bei der Montage des Gehäuses
seitlich verdrängt
und die Einzeldrähte
um den Dorn herumlaufen.
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Um
eine einfache Montage sowie eine einfache Herstellung zu ermöglichen,
ist zweckdienlicherweise weiterhin vorgesehen, das Gehäuse in zumindest
zwei entlang einer Teilungsebene getrennte Gehäuseteile aufzuteilen. Der Ausgleichsraum
ist hierbei durch eine Ausbuchtung zumindest in einem der Gehäuseteile,
vorzugsweise in beiden Gehäuseteilen
ausgebildet. Der Dorn ist hierbei zweckdienlicherweise an einem
Gehäuseteil
angeordnet und erstreckt sich in den Ausgleichsraum hinein. Die
Außenseite
des oder der Gehäuseteile
ist hierbei wahlweise der Kontur des Ausgleichsraums angepasst und
weist eine Auswölbung
auf oder verläuft
ebenmäßig ohne
eine Auswölbung.
Im letzteren Fall ist daher im Gehäuseteil lediglich eine durch
eine Materialaussparung gebildete Ausbuchtung im Inneren des Gehäuseteils
vorgesehen.
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In
bevorzugten Weiterbildungen ist kabelseitig eine Zugentlastung und/oder
eine Abdichtung zum Gehäuse
hin vorgesehen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei
zeigen jeweils in einer schematisch und stark vereinfachten Darstellung
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1 eine
Art Schnittdarstellung eines Kontaktsteckers mit angeschlossenem
Kabel,
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2 den
Kontaktstecker in einer Ansicht gemäß der Schnittlinie II-II in 1 und
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3 den
Kontaktstecker in einer Ansicht gemäß der Schnittlinie III-III
in 2.
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In
den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Der
Kontaktstecker 2 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein zweiteiliges Gehäuse mit
einem ersten Gehäuseteil 4A und
einem zweiten Gehäuseteil 4B.
Der Kontaktstecker 2 weist einen kabelseitigen Eintrittsbereich 6 und
einen diesem gegenüberliegenden
Steckbereich 8 auf. Zwischen diesen beiden Bereichen 6, 8 ist
in einem mittleren Bereich ein Ausgleichsraum 10 vorgesehen.
Der Ausgleichsraum 10 ist im Ausführungsbeispiel dadurch gebildet,
dass die beiden Gehäuseteile 4A,
B durch eine Materialaussparung eine innere Ausbuchtung bilden.
Das Gehäuse 4 kann – im Querschnitt
senkrecht zur Längsrichtung 12 betrachtet – beispielsweise
kreisförmig
oder auch rechteckförmig
oder quadratisch sein.
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Im
Eintrittsbereich 6 ist ein Kabel 14 an das Gehäuse 4 angeschlossen.
Das Kabel 14 weist einen zentralen Leiter 16 auf,
welcher von einer Isolierung 18 umgeben ist. Ergänzend kann
eine Abschirmung vorgesehen sein. Der Leiter 16 ist im
Ausführungsbeispiel
als ein Litzenleiter mit einer Vielzahl von Einzeldrähten 20 ausgebildet.
Die Einzeldrähte 20 sind miteinander
verdrillt oder verseilt. Im Eintrittsbereich 6 ist eine
Zugentlastung 22 vorgesehen, die an der Isolierung 18 angreift.
Im Eintrittsbereich 6 ist daher das Kabel 14 verschiebungsfrei
am Gehäuse 4A,
B gehalten. Auf der Seite des Eintrittsbereichs 6 ist weiterhin
ein Dichtelement 26 vorgesehen, über das das Kabel 14 zum
Gehäuse 4A,
B hin abgedichtet ist.
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Im
Steckbereich 8 des Gehäuses 4 ist
ein Steckkontaktelement 24 vorgesehen. Dieses ist im Ausführungsbeispiel
als ein Crimpkontakt-Element ausgebildet. Der Leiter 16 ist
mit dem Steckkontaktelement 24 verbunden, im Ausführungsbeispiel über eine
Crimpverbindung.
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Das
Steckkontaktelement 24 ist in Längsrichtung 12 im
Gehäuse 4A,
B schwimmend gelagert, um eine Ausgleichsbewegung in Längsrichtung
ausführen
zu können,
wie dies durch den Doppelpfeil in den 1 und 2 angedeutet
ist. Hierzu ist des Steckkontaktelement mit Rastnasen in einer Ausnehmung
im Gehäuse 4A,
B gelagert.
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Um
diese durch die Doppelpfeile angedeutete Längenausgleichsbewegung bei
gleichzeitig fest fixiertem Kabel 14 im Eintrittsbereich 6 zu
ermöglichen,
ist der Leiter 16 innerhalb des Ausgleichsraums 10 speziell
geführt,
und zwar derart, dass bei einer Längsbewegung des Steckkontaktelements 24 der
Ausgleich innerhalb des Ausgleichsraums 10 erfolgt. Der
Leiter 16 ist hierzu allgemein nach Art eines beispielweise
U-förmigen
Bogens oder einer Schleife radial nach außen gebogen. Zur Längenkompensation
kann der Leiter 16 daher in radialer Richtung ausweichen.
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Bei
dem vorzugsweise eingesetzten Litzenleiter gilt dies für jeden
der Einzelleiter 20, jeder der Einzelleiter 20 ist
daher nach Art eines U's
ausgehend von der Längsrichtung 12 radial
nach außen
gebogen.
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Um
einen definierten Verlauf der Einzeldrähte 20 sicherzustellen,
ist im Ausführungsbeispiel
ein Hilfskörper 28 vorgesehen,
welcher in den Litzenleiter 16 hineinreicht. Die Einzeldrähte 20 sind
im Bereich des Ausgleichsraums 10 vorzugsweise entdrillt und
verlaufen mehrseitig um den Hilfskörper 28 herum. Der
Hilfskörper 28 ist
beispielsweise zylinderförmig
oder auch nach Art einer Kugel ausgebildet. Der Hilfskörper 28 ist
hierbei auf mittlerer Höhe
innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet.
Der Hilfskörper 28 ist quasi
im Weg des Leiters 16 angeordnet, so dass die Einzeldrähte 20 um
den Hilfskörper 28 herum
verlaufen müssen.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Hilfskörper 28 als
ein Dorn ausgebildet, der sich von dem Gehäuseteil 4A ausgehend
in den Ausgleichsraum hinein erstreckt. Gehäuseteil 4A und Hilfskörper 28 sind
vorzugsweise ein einheitliches Spritzgußteil. Wie insbesondere aus
den 2 und 3 zu entnehmen ist, verjüngt sich
der Hilfskörper 28 vorzugsweise
und ist beispielsweise konisch, kegelstumpfartig oder auch keilartig
ausgebildet. Er erstreckt sich insbesondere bis zur gegenüberliegenden
Wandung des zweiten Gehäuseteils 4B.
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Bei
der Montage wird derart vorgegangen, dass der Leiter 14 zusätzlich zu
seinem Kontaktbereich, mit dem er im Steckkontaktelement 24 einliegt, beabstandet
von diesem Kontaktbereich abisoliert wird. Zweckdienlicherweise
wird hierbei ein Zwischenstück
der Isolierung 18 herausgeschnitten, so dass auch im Steckbereich 8,
angrenzend zu dem Kontaktbereich, ein Teilstück der Isolierung 18 stehen
bleibt, wie dies im Ausführungsbeispiel
vorgesehen ist. Dies dient der Stabilisierung und verhindert ein
Entdrillen des Litzenleiters 16. Alternativ hierzu ist die
Isolierung 18 durchgehend entfernt.
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Der
Leiter 16 wird anschließend – vorzugsweise nach der Kontaktierung
im Steckkontaktelement 24 – im abisolierten Bereich entdrillt.
Der vorbereitete und mit dem Steckkontaktelement 24 versehene
Leiter 16 wird dann in das Gehäuse 4A, B eingelegt.
Vorzugsweise zunächst
in das zweite Gehäuseteil 4B.
Anschließend
wird das erste Gehäuseteil 4B aufgesetzt,
beispielsweise verrastet. Dabei durchdringt der Hilfskörper 28 den
Litzenleiter 16 und teilt die Einzeldrähte 20 in zwei Gruppen
auf. Der Hilfskörper 28 wird
daher auch als Litzenteiler bezeichnet.
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Die
Länge des
Ausgleichsraums 10 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen
10 und 30 mm. Der hier beschriebene Kontaktstecker 2 ist
vorzugsweise als so genannter Hybridstecker ausgebildet und dient insbesondere
zum Einsatz bei einem Kraftfahrzeug.
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Der
Kontaktstecker 2 ist als Einzelstecker beschrieben. Alternativ
ist er als Mehrfachstecker ausgebildet, bei dem beispielsweise mehrere
Einzelstecker nebeneinander angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise
ein gemeinsames, insbesondere in zwei Gehäuseteile geteiltes Gehäuse vorgesehen.
In den einzelnen Gehäuseteilen
(insbesondere Spritzgußteile)
sind dann beispielsweise nebeneinanderliegend mehrere Ausbuchtungen
zur Ausbildung der Ausgleichsräume 10 ausgebildet.
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Korrespondierend
zum Steckkontaktelement 24 ist zur Ausbildung einer Steckverbindung
ein weiteres, hier nicht näher
dargestelltes Steckkontaktelement vorgesehen. Das Steckkontaktelement 24 selbst
ist beispielsweise als Steckerteil oder auch – wie im Ausführungsbeispiel
angedeutet – als Buchsenteil
ausgebildet.
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- 2
- Kontaktstecker
- 4A,
B
- Gehäuseteile
- 6
- Eintrittsbereich
- 8
- Steckbereich
- 10
- Ausgleichsraum
- 12
- Längsrichtung
- 14
- Kabel
- 16
- Leiter
- 18
- Isolierung
- 20
- Einzeldrähte
- 22
- Zugentlastung
- 24
- Steckkontaktelement
- 26
- Dichtelement
- 28
- Hilfskörper