DE102010035943A1

DE102010035943A1 - Steckverbinder für Hochspannungsanwendungen

Info

Publication number: DE102010035943A1
Application number: DE102010035943A
Authority: DE
Inventors: Holger Botzen; Thomas Drescher; Martin Wolter
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Beschrieben wird ein Steckverbinder für Hochspannungsanwendungen, mit einem ersten Steckverbinderteil, aufweisend ein Steckergehäuse, welches mindestens einen Flachsteckerstift haltert, wobei der Flachsteckerstift von einem isolierenden Steckerkragenteil mit einem Steckhülsengehäuse, welches an das Steckergehäuse anfügbar ist, und das einen mit dem Flachsteckerstift verbindbaren Steckhülsenkontakt mit einem angeschlossenen Kabel aufweist, wobei bei miteinander verbundenen Steckverbinderteilen die Abgangsrichtung des Kabels senkrecht zur Achse des Flachsteckerstifts ausgerichtet ist, wobei innerhalb des Steckerkragens und beidseitig parallel zu den Hauptflächen des Flachsteckerstifts das Steckergehäuse isolierende Wände ausbildet, die die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts allseitig überragen. Vorzugsweise überragen die Wände die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts mindestens soweit, dass ein menschlicher Finger, der an Kanten der Wände berührend anliegt, keinen berührenden Kontakt zum Flachsteckerstift erlangt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder für Hochspannungsanwendungen, mit einem ersten Steckverbinderteil, aufweisend ein Steckergehäuse, welches mindestens einen Flachsteckerstift haltert, wobei der Flachsteckerstift von einem isolierenden Steckerkragen umgeben ist, und mit einem zweiten Steckverbinderteil mit einem Steckhülsengehäuse, welches an das Steckergehäuse anfügbar ist, und das einen mit dem Flachsteckerstift verbindbaren Steckhülsenkontakt mit einem angeschlossenen Kabel aufweist, wobei bei miteinander verbundenen Steckverbinderteilen die Abgangsrichtung des Kabels senkrecht zur Achse des Flachsteckerstifts ausgerichtet ist.
Werden hohe Spannungen über einen Steckerbinder geführt, so wird die Spannung zumeist über ein buchsenartiges Steckverbinderteil zugeführt, an das ein Verbraucher mittels eines steckerartigen Steckverbinderteils angeschlossen wird. Dies hat den Vorteil, dass bei getrennten Steckverbinderteilen die potentialführenden Kontakte innerhalb eines isolierenden Buchsenkörpers berührungsgeschützt angeordnet sind.
Eine derartige Aufteilung ist nicht möglich, wenn beispielsweise in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zwei zu verbindende Steckverbinderteile beide ein hohes Potential gegen Masse führen. Hierdurch können Gefährdungen beim und nach dem Trennen der Steckverbinderteile entstehen, wenn das steckerartige Steckverbinderteil nicht ausreichend berührungssicher ausgeführt ist. Dies gilt besonders dann, wenn der Steckverbinder zur Übertragung hoher elektrischer Leistungen ausgelegt ist und die Kontaktelemente relativ großvolumig ausgebildet sind.
Im besonderen Maße trifft dies auf den hier vorgeschlagenen Steckverbinder zu, der als Winkelstecker ausgebildet ist, so dass der Flachsteckerstift nicht nur aus achsialer Richtung sondern auch seitlich zugänglich ist.
Es stellte sich die Aufgabe, einen derartigen Steckverbinder so auszubilden, dass der mindestens eine Flachsteckerstift gut gegen versehentliche Berührungen geschützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass innerhalb des Steckerkragens und beidseitig parallel zu den Hauptflächen des Flachsteckerstifts das Steckergehäuse isolierende Wände ausbildet, die die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts allseitig überragen.
Der Flachsteckerstift ist somit parallel zu seinen Flachseiten beidseitig von planparallelen isolierenden Wänden umgeben, die großflächiger als der Flachsteckerstift ausgebildet sind. Hierdurch ist der Flachsteckerstift gut gegen Berührungen geschützt, ohne dass das Anfügen einer Flachsteckerbuchse an den Flachsteckerstift wesentlich erschwert wäre.
Besonders vorteilhaft ist es, die Flächendimensionierung und die Abstände der Wände zum Flachsteckerstift und zueinander so vorzusehen, dass ein menschlicher Finger keinen Zugang zu einem Hochspannung führenden Flachsteckerstift finden kann.
Die folgende Beschreibung geht beispielhaft von einem Finger aus, dessen Fingerkuppe idealisiert genau halbkugelförmig ist und einen Durchmesser von 12 mm aufweist. In diesem Fall ist der Steckverbinder derart auszubilden, dass die Wände die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts um mindestens x Millimeter überragen, wobei x nach der Gleichung
bestimmbar ist, und der Abstand zwischen den einander zugewandten Innenwandflächen der Wände a Millimeter (mit a < 12) beträgt.
Um zu verhindern, dass ein Finger in Kontakt mit dem Flachsteckerstift kommen kann, ist der Abstand der Wände um den Flachsteckerstift auf jeden Fall kleiner als der Durchmesser der Fingerkuppe. Es ist außerdem berücksichtigt, dass die auf den Wänden aufliegende Fingerkuppe ein Stück weit zwischen die Wände eintaucht, wie dies in der 8 skizziert ist.
In der 8 ist eine Fingerkuppe F schematisch durch die Schnittansicht einer Halbkugel dargestellt. Der Halbkugeldurchmesser d beträgt 12 mm; der Halbkugelradius r hat dem entsprechend den Wert 6 mm. Ein Flachsteckerstift 21 ist durch einen senkrechten Strich angedeutet. Beidseitig um den Flachsteckerstift 21 herum sind im Abstand a zueinander zwei isolierende Wände 22 aufgestellt.
Die Eintauchtiefe x der Fingerkuppe F zwischen die Wände 22 hängt vom Abstand a der Innenwandflächen 25 der Wände 22 ab. Verbindet man die Berührungspunkte der Fingerkuppe F mit den oberen Kanten der Wände 22, so kann man ein rechtwinkliges Dreieck mit den Seitenlängen r, r – x und a/2 konstruieren, wobei r der Radius der Fingerkuppe F ist. Aus dem Satz des Pythagoras folgt der Zusammenhang: (r – x)² = r² ^_( 1 / 2a)²
Eine Umformung nach x ergibt:
Da der Durchmesser d der Fingerkuppe mit 12 mm angenommen wird, hat der Betrag des Radius r hier den Zahlenwert 6. Unter Berücksichtigung der Bedingung x < r, das heißt, die Eintauchtiefe x soll geringer sein als der Radius r der Fingerkuppe F, folgt als konkretes Ergebnis:
Beträgt also der Abstand der Wände 22 voneinander a Millimeter, so taucht der Finger x Millimeter zwischen die Wände 22 ein. Um mindestens diesen Betrag müssen die Wände 22 den Flachsteckerstift 21 überragen, damit der Finger F nicht in Berührung mit dem Flachsteckerstift 21 kommen kann. Sicherheitshalber wird man hier einen zusätzlichen Abstand vorsehen, insbesondere da die angenommene Halbkugelform der Fingerkuppe F selbstverständlich eine Idealisierung darstellt.
Da die Wände 22 keinen den Flachsteckerstift 21 umschließenden Tubus ausbilden, sondern ausschließlich als zum Flachsteckerstift 21 parallele Wände 22 ausgeführt sind, ist es erforderlich, dass die Wände 22 nicht nur die Oberkante sondern auch die Seitenkanten des Flachsteckerstifts 21 um mindestens den berechneten Betrag von x Millimetern überragt, um den Flachsteckerstift 21 auch an seinen Seiten berührungssicher auszugestalten. Dies ist in der 9 skizziert.
Eine Realisierung eines ersten Steckverbinderteils 1 mit einem Steckergehäuse 10 und mit mindestens einem Flachsteckerstift 21 ist in der 1 dargestellt. Die 1 zeigt dabei eine Teilansicht des Steckergehäuses 10, in dem einer von mehreren zueinander benachbart angeordneten Flachsteckerstiften 21 erkennbar ist.
Parallel zu den Hauptflächen des Flachsteckerstifts 21 sind zwei isolierende Wände 22 angeordnet, die vorzugsweise einstückig mit dem Steckergehäuse 10 ausgebildet sind. Die Wände 22 überragen die obere und die seitlichen Kanten des Flachsteckerstift 21 um jeweils mindestens x Millimeter, wobei sich der Zahlenwert für x für das gegebene Beispiel aus der Identität
bestimmbar ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine menschliche Fingerkuppe, deren Durchmesser mindestens 12 mm beträgt, den Flachsteckerstift 21 nicht berühren kann, so dass ein an dem Flachsteckerstift 21 anliegendes hohes Potential sich nicht bezüglich versehentlicher Berührungen gefährlich auswirken kann.
Um die Wände 22 ist ein u-förmiger Abschirmkragen 23 erkennbar, welcher ebenfalls als eine Anformung des Steckergehäuses 10 ausgeführt sein kann. Der Abschirmkragen trägt einen metallischen Schirmkranz 12, der zur Kontaktierung einer Abschirmung an einem anzufügenden zweiten Steckverbinderteil vorgesehen ist.
Als ein äußeres Teil des Steckergehäuses 10 ist ein ebenfalls u-förmig ausgebildeter Steckerkragen 20 vorgesehen, welcher den Flachstecker 21, die isolierenden Wände 22 und den Abschirmkragen 23 umgibt. Aufgrund der u-förmigen Ausgestaltung des Steckerkragens 20 und des Abschirmkragens 23 ist es möglich, das zweite Steckverbinderteil 9 unter einem 90°-Winkel anzufügen, wie dies in den 5 und 7 dargestellt ist.
Die 2 zeigt Einzelteile eines zweiten Steckverbinderteils einer erfindungsgemäßen Steckverbinderanordnung. Eine abgeschirmte Koaxialleitung 26 ist an einem freien Endabschnitt von einem hülsenförmigen Bauteil, im folgenden auch kurz als Steckhülse 4 bezeichnet, umgeben. Die aus Metall gefertigte Steckhülse 4 kontaktiert auf hier nicht dargestellte Weise die Metallabschirmung der Koaxialleitung 26. Der Innenleiter 2 der Koaxialleitung 26 ist mit dem Kontaktierungsabschnitt eines Steckhülsenkontakts 8 vercrimpt.
Der Steckhülsenkontakt 8 ist als eine Steckbuchse ausgebildet, die prinzipiell aus mehreren Steckrichtungen durch einen Flachsteckerstift kontaktierbar ist. Zur elektromagnetischen Abschirmung sowie zur Isolierung des Steckhülsenkontakts 8 ist eine Abschirmbaugruppe 16 vorgesehen, die aus einem Schirmblech 7 und aus einem Kammereinsatz 5 besteht, wobei der Kammereinsatz 5 aus einem isolierenden Kunststoffmaterial gefertigt ist. Diese beiden Komponenten sind in der 3 dargestellt.
Das Schirmblech 7 ist einstückig aus einem Blechstreifen geformt und bildet einen zylinderförmigen Abschnitt 17 und einen kastenförmigen Abschnitt 18 aus. Der Kammereinsatz 5 ist an die Form des Schirmblechs 7 angepasst, so dass er vollständig in das Innere des Schirmblechs 7 eingeschoben werden kann, wobei die Außenwände des Kammereinsatzes 5 an den Innenwänden des Schirmblechs 7 anliegen. Da der Kammereinsatz 5 als Hohlkörper geformt ist, bildet er eine isolierende Verkleidung an den inneren Wänden des Schirmblechs 7 aus. Zugleich stabilisiert der Kammereinsatz 5 die Wände des Schirmblechs 7.
Vorteilhaft ist es, wenn der Kammereinsatz 5 innerhalb des Schirmblechs 7 durch Rastelemente gehalten wird, etwa durch einen am Schirmblech 7 angeformten nach innen federnden Lappen 19, der am eingefügten Kammereinsatz 5 eine Hinterschneidung 15 hintergreift.
Da der Kammereinsatz 5 vom Schirmblech 7 vollständig aufgenommen wird, ist von der zusammengefügten Abschirmbaugruppe 16 von außen lediglich das Schirmblech 7 erkennbar. Die Abschirmbaugruppe 16 wird mit der Steckhülse 4 verbunden, in dem der zylinderförmige Abschnitt 17 des Schirmblechs 7 in den durch die Steckhülse 4 gebildeten Hohlzylinder 6 eingefügt wird. Damit ist die in der 4 skizzierte Anordnung realisiert, die im folgenden als Steckhülsenbaugruppe 14 bezeichnet wird.
Eine besonders gute mechanische und auch elektrische Verbindung zwischen dem Schirmblech 7 und der Steckhülse 4 wird dadurch erzielt, dass an dem zylinderförmigen Abschnitt 17 des Schirmblechs 7 angeformte, nach außen federnde Kontaktlamellen 11 an der Innenwand des durch die Steckhülse 4 gebildeten Hohlzylinders 6 anliegen.
Zur Komplettierung des zweiten Steckverbinderteils 9 werden eine oder mehrere der soweit beschriebenen Steckhülsenbaugruppen 14 in ein isolierendes Steckhülsengehäuse 3 eingesetzt. In der 5 weist das Steckhülsengehäuse 3 zwei Kammern zur Aufnahme jeweils einer Steckhülsenbaugruppe 14 auf, von denen in der 5 in einer Schnittansicht eine Kammer mit einer eingesetzten Abschirmbaugruppe ersichtlich ist.
Die 5 verdeutlicht zudem die Verbindung eines ersten Steckverbinderteils 1 mit einem zweiten Steckverbinderteil 9. Das erste Steckverbinderteil 1 ist hier lediglich durch ein im Schnitt dargestelltes Steckergehäuse 10 und durch einen Schirmkranz 12 dargestellt. Das Steckergehäuse 10 weist zu jedem Steckhülsenkontakt des zweiten Steckverbinderteils 9 einen Flachsteckerstift als Gegensteckverbinder auf. Diese Flachsteckerstifte sind in der 5 nicht erkennbar, da sie jeweils von einem Schirmkranz 12 umlaufend umschlossen sind. Jeder Schirmkranz 12 steht mit dem Schirmblech 7 einer zugeordneten Steckhülsenbaugruppe 14 in mechanischer und elektrischer Verbindung.
Die 6 zeigt ein zweites Steckverbinderteil 9 ohne Schirmblech und Steckhülsengehäuse in einer Ansicht von oben. Der zugehörige Steckhülsenkontakt 8 ist hier nur teilweise erkennbar, da er größtenteils von einem Abschnitt 27 des Kammereinsatzes 5 überdeckt wird. Auf beiden Seiten neben dem Steckhülsenkontakt 8 ist in den Kammereinsatz 5 jeweils eine schlitzförmige Ausnehmung 24 eingebracht, die sich in der Längsrichtung des zweiten Steckverbinderteils 9 erstreckt.
Bei zusammengefügten ersten und zweiten Steckverbinderteilen 1, 9, die einer Schnittansicht in der 7 dargestellt sind, greifen die in der 1 dargestellten Wände 22 durch die Ausnehmungen 24 des Kammereinsatzes 5, so dass das zweite Steckverbinderteil 9 trotz der eng um den Flachsteckerstift 21 stehenden Wände 22 an das erste Steckverbinderteil 1 anfügbar ist. Durch die in die Ausnehmungen 24 eingreifenden Wände 22 wird die Verbindung der beiden Steckverbinderteile 1, 9 sogar zusätzlich mechanisch stabilisiert. In der 7 nicht im Detail ersichtlich ist die Anbindung zwischen dem Schirmblech 7 des ersten Steckverbinderteils 1 an den Schirmkranz 12 des zweiten Steckverbinderteils 9. Ebenfalls in der 7 nicht dargestellt, dafür aber in der 5 ersichtlich, ist das Steckhülsengehäuse 3, welches eine mechanische Verbindung zum Steckerkragen 20 herstellt.
Bezugszeichenliste
Variablen

a: Abstand
d: Durchmesser
r: Radius
x: Eintauchtiefe

Claims

Steckverbinder für Hochspannungsanwendungen, mit einem ersten Steckverbinderteil (1), aufweisend ein Steckergehäuse (10), welches mindestens einen Flachsteckerstift (21) haltert, wobei der Flachsteckerstift (21) von einem isolierenden Steckerkragen (20) umgeben ist, und mit einem zweiten Steckverbinderteil (9) mit einem Steckhülsengehäuse (3), welches an das Steckergehäuse (10) anfügbar ist, und das einen mit dem Flachsteckerstift (21) verbindbaren Steckhülsenkontakt (8) mit einem angeschlossenen Kabel aufweist, wobei bei miteinander verbundenen Steckverbinderteilen (1, 9) die Abgangsrichtung des Kabels senkrecht zur Achse des Flachsteckerstifts (21) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steckerkragens (20) und beidseitig parallel zu den Hauptflächen des Flachsteckerstifts (21) das Steckergehäuse (10) isolierende Wände (22) ausbildet, die die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts (21) allseitig überragen.
Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (22) die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts (21) mindestens soweit überragen, dass ein menschlicher Finger, der an Kanten der Wände (22) berührend anliegt, keinen berührenden Kontakt zum Flachsteckerstift (21) erlangt.
Steckverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (22) die Oberkante und die Seitenkanten des Flachsteckerstifts (21) um mindestens x Millimeter überragen, wobei x nach der Gleichung
bestimmbar ist, und wobei r den Wert des Radius einer als halbkugelförmig angenommenen Kuppe des Fingers angibt, und wobei der Abstand zwischen einander zugewandten Innenwandfläche (25) der Wände (22) a Millimeter (mit a < 2r) beträgt.
Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wänden (22) und dem Steckerkragen (20) ein die Wände (22) zumindest teilweise umschließender metallischer Schirmkranz (12) angeordnet ist.
Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Schirmkranz (12) mit einer kragenförmigen isolierenden Anformung (23) am Steckergehäuse (10) verbunden ist.
Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Steckerkragen (20), die Wände (22) und gegebenenfalls die kragenförmige Anformung (23) einstückig mit dem den Flachsteckerstift (21) halternden Steckergehäuse (10) ausgeführt sind.
Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das Steckergehäuse (10) ein zu einem zweiten Steckverbinderteil (9) gehörendes Steckhülsengehäuse (3) anfügbar ist, das mindestens eine mit einen Flachsteckerstift (21) verbindbare Steckhülse (4) aufweist, das eine die Steckhülse (4) umgebene metallische Abschirmung (7) aufweist und das einen isolierenden Kammereinsatz (5) zwischen der Steckhülse (4) und der Abschirmung (7) aufweist, wobei der Kammereinsatz (5) eine an die Form der Wände (22) angepasste Formgebung aufweist.
Steckverbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammereinsatz (5) Ausnehmungen (24) aufweist, die von den Wänden (22) des ersten Steckverbinderteils (1) durchgriffen werden.
Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug verwendet wird.