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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontaktbuchse
nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, das heißt, auf eine Hochstromkontaktbuchse,
welche mit einem Steckerteil durch eine Steckverbindung koppelbar
und elektrisch kontaktierbar ist.
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Somit
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kontaktbuchse mit
einem hyperbolischen darin angeordneten Kontaktlamellengitter, welche auch
unter der Bezeichnung RADSOK-Kontaktbuchse bekannt sind.
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Allgemein
sind im Stand der Technik unterschiedliche Kontaktbuchsen bekannt.
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Die
Druckschrift
US
2004/0033732 A1 offenbart eine Hochstromkontaktbuchse mit
einem hyperbolischen Kontaktlamellengitter, welches in eine zylindrische
Hülse eingepasst
ist, wobei das Kontaktlamellengitter aus einer Vielzahl miteinander
verbundenen Kontaktlamellen besteht. Dabei kann das hyperbolische
Kontaktlamellengitter wahlweise unmittelbar in eine Außenhülse eingesetzt
werden oder an einer Innenhülse
festgelegt werden, welche zusammen mit dem Kontaktlamellengitter
in einer Außenhülse verpresst
wird.
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Eine
weitere im Stand der Technik bekannte Hochstromkontaktbuchse zeigt
die
DE 102 35 053 A1 .
Hier wird ein Kontaktstück
ausgebildet als hyperbolisches Kontaktlamellengitter mit einem Kontaktanschluss
offenbart, welches von einem Hülsenteil
umgeben ist. Das Hülsenteil
ist dabei mit Vorzug als ein umschließbares und die Lamellen umhüllendes
abdeckendes Hülsenteil
ausgebildet, welches an einem der Enden des Buchsenteils an diesem
arretiert wird.
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Eine
weitere aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform einer Kontaktbuchse
offenbart die
US 6,837,756
B2 , welche ein Herstellungsverfahren für ein hyperbolisches Kontaktlamellengitter
offenbart. Dieses Kontaktlamellengitter wird, gemäß der Offenbarung,
in eine umgebene Außenhülse eingesetzt
und mittels umgebogener Kontaktfederarme an dieser gehalten.
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Ein
Beispiel einer RADSOK-Kontaktbuchse ist der
DE 10 2006 012 434 zu entnehmen.
Diese Druckschrift offenbart eine Steckverbindung der RADSOK-Bauart
mit einer Buchse, in welche ein hyperbolisch tordiertes Kontaktlamellengitter
eingebracht ist.
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Eine
solche RADSOK-Buchse ist aufgebaut aus einem zylindrischen Buchsenteil,
in welches ein hyperbolisch tordierter Kontaktkäfig eingesetzt ist in der Form
eines Hyperbolides.
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Ein
solches hyperbolisches Kontaktlamellengitter verfügt über mehrere
an der Außenhülse angebrachten
Lamellenkontakte, welche in ihrer relativen Lage zueinander verdreht
sind, so dass im zentralen Bereich des Kontaktlamellengitters sich
dieses radial einschnürt.
Solche Kontaktlamellengitter sind besonders geeignet, um in Anwendungen
mit hoher Strombelastungen eingesetzt zu werden. Insofern werden Kontaktbuchsen
der RADSOK-Bauart auch als Hochstromkontaktbuchse bezeichnet.
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In
der
US 6,875,063 ist
ein Hochstromkontaktsystem, bestehend aus einem hyperbolischen Kontaktlamellengitter
und einer Kontaktbuchse, gezeigt. Vorliegend wird das hyperbolische
Kontaktlamellengitter in einen zylindrischen Aufnahmebereich eines
Crimpkontaktes eingepresst.
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Diesen
im Stand der Technik bekannten Steckverbindersystemen ist gemein,
dass die elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem hyperbolischen
Kontaktlamellengitter und der zylindrischen Kontaktbuchse mittels
einer Presspassung hergestellt wird.
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Dabei
wird das Kontaktlamellengitter in den Aufnahmeraum der Kontaktbuchse
derart eingepresst, dass es zu einer mechanischen Verbindung der
anliegenden und dafür
vorgesehenen Bereiche kommt.
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Nachteilig
ist dabei, die Temperaturanfälligkeit
solcher Systeme.
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Lösbare Anbindungen
von elektrischen oder elektronischen Geräten, die für den Betrieb bei höheren Temperaturen
insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 150° benötigt werden, versagen in der Regel
infolge des hohen Temperatureintrages.
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Insbesondere
bei Steckverbinder für
Elektro- und Hybridfahrzeuge bestehen darüber hinaus immer anspruchsvollere
Vorgaben hinsichtlich dem zur Verfügung stehenden Bauraum und
der elektrischen Leistungsfähigkeit
der zu verwendeten Kontaktsysteme. So werden mittlerweile Hochstromsteckverbinder
unmittelbar im Motorraum verwendet, um Ströme oberhalb von 50 bis hinzu
mehreren 100 Ampere zu tragen. Je nach Lage einer solchen Steckverbindung und
bei Vorhandensein von Umgebungstemperaturen von ca. 150° Celsius
kommt es in Kombination mit den Stromprofilen und den daraus resultierenden Kontakterwärmungen
zu Betriebstemperaturen von Hochstromkontaktsystemen bei ca. 180° Celsius.
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Nachteilig
bei dem im Stand der Technik bekannten Kontaktbuchsen mit hyperbolischen
Kontaktlamellengitter ist dabei, dass es bei diesen Kontaktsystemen
in Folge der im System vorhandenen Restspannungen zwischen dem Kontaktlamellengitter
und der Kontaktbuchse zu Relaxationsprozessen kommen kann und sich
das Kontaktlamellengitter von der Kontaktbuchse dabei löst.
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So
können
zum Beispiel bei RADSOK-Kontaktsystemen bei Temperaturen oberhalb
von 150° die
vorhandene Restspannung des tordierten Stanzgitters durch den Temperatureintrag
abgebaut werden und dadurch die Kontaktnormalkräfte nachteilig reduziert werden.
Dies führt
aber dazu, dass die geforderten technischen Funktionswerte des Kontaktsystems
nicht mehr in der gewünschten
Weise zur Verfügung
stehen.
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Auch
kann es dazu kommen, dass sich die Presspassung zwischen Kontaktlamellengitter
und Hülse
durch Erwärmung
komplett löst
und sich dabei auch der Torsionswinkel des hyperbolischen Kontaktlamellengitters ändert. In
Folge reduzieren sich die Kontaktnormalkräften.
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Eine
weitere negative Folge ist eine undefinierte Verformung des Kontaktlamellengitters
innerhalb der Kontaktbuchse, so dass auch beim Stecken des Kontaktes
mit der Kontaktbuchse diese zusätzlich
beschädigt
wird.
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Da
auf verschiedenen Gebieten der Technik hohe Anforderungen an die
mechanische und elektrische Beständigkeit
von Hochstromkontaktsystemen bestehen, lassen sich bei hohen Temperaturen
besagte Hochstromkontaktsysteme nicht zuverlässig einsetzten.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochstromkontaktsystem
bereit zu stellen, welches bei hohen Temperaturen, vorzugsweise
bei Temperaturen oberhalb von 150°,
ausreichend mechanische Stabilität
aufweist, so dass bei zusätzlicher
und häufiger
Temperaturerhöhung
durch Stromeintrag das Gesamtsystem mechanisch und technisch stabil
bleibt.
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Ausgehend
vom besagten Stand der Technik besteht dahingehend ein Bedürfnis, zu
verhindern, dass die bei hohen Temperaturen auftretenden mechanischen
Relaxationsprozesse und Deformierungen dazu führen, dass das Steckverbindersystem während der üblichen
Gebrauchsdauer versagt.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch gelöst, dass
unmittelbar an der Verbindungsstelle zwischen den Haltelamellen
des hyperbolischen Kontaktlamellengitters und der Kontaktbuchse
mittels Microschweißpunkten
eine mechanisch unlösbare
Verbindung erzielt wird.
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Mit
Vorteil werden die Schweißpunkte
in Form von Schweißlinsen
unmittelbar an den an der Innenhülse
umgeformten Kontaktlamellen paarweise beabstandet in einem symmetrischen
Muster ausgebildet. Hierdurch wird verhindert, dass durch unsymmetrische
Anordnung und unsymmetrischen Wärmeeintrag
beim Herstellungsverfahren das Kontaktlamellengitter verbiegt oder
beschädigt
wird.
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In
ein derart mechanisch fixiertes Hochstromkontaktsystem wird bei
späterem
Temperatureintrag durch Umgebungstemperatur plus Stromerwärmung verhindert,
dass sich Relaxationsprozesse negativ auswirken und dass der Torsionswinkel
und damit die Presspassung zwischen der zylinderförmigen Buchse
und dem hyperbolischen Kontaktlamellengitter gelöst wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die erfinderische Lehre nicht darauf
abzielt, das Kontaktlamellengitter mit der Kontaktbuchse in nahe
liegender Weise zu verschweißen.
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Vielmehr
wird die vorliegende Aufgabe dadurch gelöst, das Stanzgitter an der
Innenhülse
des Kontaktsystems an den Stellen zu verschweißen, an denen sich die Kontaktlamellen
an der Innenwand der Kontaktbuchse mit Press-Sitz abstützen.
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Es
handelt sich erfindungsgemäß um das Ausbilden
von Press-Sitz-Schweißpunkten.
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Hierdurch
wird gewährleistet,
dass das eigentliche hyperbolische Kontaktlamellengitter torsionssicher
in seiner Position gehalten wird und dieses gesamte Kontaktlamellengitter
mit den Schweißpunkten
in eine Kontaktbuchse eingesetzt wird. Zwischen dem hyperbolischen
Kontaktlamellengitter und deren sich in der äußeren Kontaktbuchse abstützenden
Lamellen wird keine mechanische Schweißverbindung angebracht.
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Die
Lamellen des Stanzgitters werden mit Hilfe eines geeigneten Fügeverfahrens
somit an der Innenhülse
des Kontaktelementes fest geschweißt. Die Schweißlinsen
sorgen dafür,
dass eine Verdrehung des Kontaktlamellengitters unabhängig von
der Presspassung zwischen Innen- und Außenhülse gewährleistet bleibt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann allerdings eine Hülse
komplett entfallen, so dass in diesem Fall die Schweißlinsen
unmittelbar zwischen dem Press-Sitz der Lamellen des Kontaktlamellengitters
und der verbleibenden Hülse
anzubringen sind.
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Weitere
Vorteile und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse;
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2 eine
Detailansicht gemäß 1.
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Anhand
der 1 und 2 sei ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse 1 beschrieben.
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Die
Hochstromkontaktbuchse 1 umfasst dabei eine Außenhülse 5,
welche als zylinderförmige metallische
Außenhülse ausgebildet
ist. In diese Außenhülse 5 eingebracht
ist ein hyperbolisches Kontaktlamellengitter 2.
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Das
hyperbolische Kontaktlamellengitter 2 hat an seinem oberen
und unteren Ende jeweils einen Bundsteg 7a, 7b.
Im folgenden wird der obere Bundsteg als Bundsteg 7a und
der untere Bundsteg als Bundsteg 7b bezeichnet.
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Zwischen
den Bundstegen 7a und 7b verlaufen jeweils Kontaktlamellen 3.
Der Verbindungspunkt einer Kontaktlamelle 3 am Bundsteg 7a ist
in folge der Torsion des hyperbolischen Kontaktlamellengitters 2 nicht
unmittelbar oberhalb des Verbindungspunktes der gleichen Kontaktlamelle
am unteren Ende des Bundstegs 7b, sondern zu diesem um
einen Verdrehwinkel α versetzt
angeordnet.
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Dadurch
wird insgesamt ein hyperbolisches Kontaktlamellengitter 2 erhalten.
Das hyperbolische Kontaktlamellengitter 2 ist somit ein
Hyperboloid, welches über
außen
umlaufende paarweise beabstandete Kontaktlamellen 3 verfügt. In etwa
in der Mitte des hyperbolischen Kontaktlamellengitters 2 ist dieses
radial eingeschnürt,
was abhängig
vom Verdrehwinkel α mehr
oder weniger stark erfolgt. Am Bundsteg 7a und Bundsteg 7b anschließend befinden
sich Kontaktarme 6, welche über einen Biegeabschnitt 8 um
etwa 180° zurückgebogen
sind. Die Kontaktarme 6 sind ausgebildet als Kontaktzungen,
die sich unmittelbar zwischen den Ausnehmungen 9 radial
umlaufend an jedem der Bundstege 7a, 7b anschließen.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
zehn umlaufende Kontaktarme 6 am Bundsteg 7a angebracht,
welche über
Biegeabschnitte 8 eine Federwirkung erzeugen können. Diese
Kontaktarme 6 werden über
einer an dem hyperbolischen Kontaktlamellengitter 2 angebrachten
Innenhülse 4 umgebogen.
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Nach
Einbringen des hyperbolischen Kontaktlamellengitters 2 stützen sich
die zurückgebogenen
Kontaktarme 6 am Innenmantel 11 der Außenhülse 5 ab.
Dabei kommt es zu einer mechanisch federbelasteten Verbindung zwischen
den Kontaktarmen 6 und der Außenhülse 5. Je nach Materialstärke und
Ausführung
erzielt man dabei enorm hohe Haltekräfte zwischen dem hyperbolischen
Kontaktlamellengitter 2 und der Innenwand 11 der
Außenhülse 5.
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In
identischer Ausführung
sind an dem unteren Bundsteg 7b ebenfalls Kontaktarme 6 angebracht,
die gleichermaßen
gegen die Innenwand 11 der Außenhülse 5 abgestützt werden.
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Wie
dies in 2 dargestellt ist, werden an den
Biegeabschnitten 8 der Kontaktarme 6 Schweißpunkte 10a, 10b jeweils
seitlich derart angebracht, dass die Kontaktarme 6 im beschriebenen
Ausführungsbeispiel
mit der Innenhülse 4 verschweißt werden.
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Mit
Vorteil werden jeweils paarweise beabstandete symmetrisch angeordnete
Schweißpunkte 10a, 10b umlaufend
an allen Kontaktarmen 6 des hyperbolischen Kontaktlamellengitters 2 angebracht. Somit
sind sämtliche
Kontaktarme 6 entweder mit der Innenhülse 4 oder mit der
Außenhülse 5 fest
verbunden.
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Erfindungsgemäß wird hierdurch
bei Erhitzen auf Temperaturen oberhalb von 150° eine Ralaxation entgegen dem
Torsionswinkel α des
hyperbolischen Kontaktlamellengitters 2 entgegengewirkt. Anders
ausgedrückt,
verbleibt das hyperbolische Kontaktlamellengitter 2 auch
bei enormen Temperaturbelastungen in seinem ursprünglichen
Einpresszustand und behält
seine Funktion.
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- 1
- Hochstromkontaktbuchse
- 2
- hyperbolisches
Kontaktgitter
- 3
- Kontaktlamellen
- 4
- Innenhülse
- 5
- Außenhülse
- 6
- Kontaktarme
- 7a,
7b
- Bundstege
- 8
- Biegeabschnitt
- 9
- Ausnehmungen
- 10a,
10b
- Schweißpunkte
- 11
- Innenmantel