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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kaskadensteckverbinder. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Steckvorrichtung zur Reduzierung der Steckkräfte, eine Steckanordnung, ein Steuergerät für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere Automobil.
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Stand der Technik
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Bekannte Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge weisen z.B. zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine regelmäßig Steuergeräte auf, welche eine hohe elektrische Leistung an die elektrische Maschine abgeben sollen. Hierbei werden meist ein, zwei, drei oder auch vier Steckkontakte in einem Steckverbinder verwendet, um die erforderliche Hochspannung und/oder den hohen elektrischen Strom aus dem Steuergerät zum Motorelement leiten zu können.
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Durch die bei derartigen Steckverbindern geforderten Sicherheitsmerkmale, wie beispielsweise Verpolschutz oder Berührschutz, bei gleichzeitiger Dichtheit der einzelnen Kontakte eines Steckverbinders, kann das Anstecken und auch das Lösen einer herkömmlichen Steckverbindung signifikante Steckkräfte benötigen. Beispielsweise kann bei Hochvoltsteckverbindern je Steckelement, bei gleichzeitiger Verbindung der einzelnen Steckkontakte im Ansteckvorgang, eine Steckkraft benötigt werden, welche zum Beispiel den Wert 100 N überschreitet.
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Bei bekannter, gleichzeitiger Kontaktierung der einzelnen Pins eines Steckverbinders kann es beispielsweise gefordert sein, für jedes Steckelement eine eigene Abdichtung gegenüber dem restlichen Steckverbinder bzw. dessen Steckelementen bereitzustellen. Solche mehrfach vorhandenen Dichtelemente können jedoch sehr hohe Gegenkräfte erzeugen, welche in einem Ansteckvorgang überwunden werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, eine Steckvorrichtung zur Reduzierung der Steckkräfte bereitzustellen.
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Demgemäß wird eine elektrische Steckvorrichtung zur Reduzierung der Steckkräfte, eine Steckanordnung, ein Steuergerät für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil gemäß den unabhängigen Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist hierbei, dass die einzelnen Steckelemente eines Steckverbinders nicht auf einmal, somit gleichzeitig, sondern sukzessive, somit nacheinander bzw. aufeinander folgend aufgesteckt werden. Hierdurch lassen sich für jedes Steckelement die einzelnen auftretenden Kräfte derart minimieren, dass jeweils nur die für das gerade zu steckende Steckelement benötigte Steckkraft aufgebracht werden muss.
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Hierbei ist der Steckverbinder dennoch einstückig ausgeführt, wobei sich die einzelnen Steckelemente relativ zueinander, insbesondere in der zu beabsichtigenden Steckrichtung zueinander verschieben lassen.
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Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Steckelementen exemplarisch in einer Reihe angeordnet sein, wobei sich die einzelnen Steckelemente auffächernd, somit stufenförmig gegeneinander in Bezug auf die Steckrichtung verschieben lassen. Somit kann zunächst ein erstes Steckelement auf seinen entsprechenden komplementären Gegenpart in einer Buchsenvorrichtung aufgesteckt werden. Nach erfolgtem Aufstecken des ersten Steckelementes kann nachfolgend ein zweites Steckelement in Richtung der Buchsenvorrichtung bewegt und somit mit einem dort vorgesehenen Pin kontaktiert werden.
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Die Steckelemente können dabei zueinander relativ entweder in einer ersten Position oder einer zweiten Position angeordnet sein. Die erste Position stellt hierbei die gegeneinander versetzte, aufgefächerte bzw. stufenförmige Positionierung dar, welche es ermöglicht, den Einsteckvorgang nacheinander für die einzelnen Steckelemente durchzuführen. Die zweite Position stellt die Endposition der Steckelemente im angesteckten Zustand dar, somit die parallele Anordnung der einzelnen Steckelemente beispielsweise im Buchsenvorrichtung. In der ersten Position sind die einzelnen Steckelemente somit zueinander versetzt bzw. gestuft angeordnet, während in der zweiten Position die jeweiligen Steckelemente im Wesentlichen parallel, z.B. mit ihrer Kontaktseite, zueinander angeordnet sind.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Steckelement erst aus seiner ersten Position in die zweite Position verschiebbar ist, wenn ein benachbartes Steckelement im angesteckten Zustand ist. In diesem Fall ist somit sichergestellt, dass das erste Steckelement gesteckt ist, damit das zweite Steckelement in Richtung des elektrischen Kontaktes eines komplementären Buchsenelementes verschoben werden kann.
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Dieser Mechanismus kann sich für weitere Steckelemente entsprechend fortsetzen. Beispielsweise, im Falle von drei Steckelementen, kann somit gefordert sein, dass zunächst das erste Steckelement gesteckt wird. Hierdurch wird das zweite Steckelement entriegelt und ist relativ zum ersten Steckelement verschiebbar. Das zweite Steckelement kann nun ebenfalls in die elektrisch verbundene zweite Position im Buchsenelement verschoben werden. Ein weiteres Steckelement, welches am zweiten Steckelement angeordnet sein kann, kann im Wesentlichen eine zum zweiten Steckelement identische Ausgestaltung aufweisen und ebenfalls erst verschoben werden, wenn das nebenliegende zweite Steckelement in seiner elektrisch verbundenen zweiten Position ist. Nachfolgend kann das weitere zweite Steckelement gleichfalls von seiner ersten Position in seine zweite Position verschoben werden.
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Dasjenige Steckelement, welches zuletzt von seiner ersten Position in die zweite Position verschoben wird, kann im Weiteren noch ein Arretierungselement oder ein Interlockelement aufweisen, welches die Steckanordnung mit einer Buchsenanordnung verbindet, z.B. lösbar verbindet.
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Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der gesamte Steckverbinder in der Buchsenanordnung arretiert wird und somit dort sicher verbleibt. Ein entsprechendes Arretierungselement kann auch als eine Orientierung bzw. eine Codierung einer Steckabfolge, Steckrichtung bzw. Anordnung im Buchsenelement gesehen werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Abstecken der Steckanordnung nach Lösen des Arretierungselementes im Wesentlichen komplett, somit ohne sukzessivem Abstecken der einzelnen Steckelemente erfolgen kann.
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Gleichfalls kann ein inverser Mechanismus vorgesehen sein, bei welchem zwingend einzelne Steckelemente von ihrer zweiten in die erste Position bewegt werden müssen, bevor ein weiteres Steckelement aus der zweiten Position in die erste Position überführt werden kann. Hierdurch ist eine Steckanordnung realisierbar, welche auch beim Abstecken eine feste, aufeinander folgende Reihenfolge der Steckvorgänge bedingt.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1a–c den schematischen Ansteckvorgang einer Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Teildarstellung eines exemplarischen Aufbaus der Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3a–e einen Ansteck- sowie Absteckvorgang einer Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a zeigt den schematischen Ansteckvorgang einer Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1a zeigt hierbei eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Steckanordnung 1, bestehend aus Steckvorrichtung 2, aufgebaut aus einer Mehrzahl von Steckelementen 4a–c sowie Buchsenvorrichtung 6. An die einzelnen Steckelemente 4a–c angeschlossen sind Leiterelemente 8, welche eingerichtet sind, komplementäre Kontaktelemente 10 der Buchsenvorrichtung 6 zu kontaktieren wodurch zwischen den Leiterelementen 8 und den Kontaktelementen 10 eine leitfähige Verbindung bereitgestellt wird.
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Die beiden zweiten Steckelemente 4b, c sind in 1a jeweils in ihrer ersten Position 12a angeordnet. Zu sehen ist hierbei die versetzte bzw. gestufte Anordnung der Steckelemente 4b, c gegenüber dem ersten Steckelement 4a.
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Nachfolgend wird, wie in 1b dargestellt, das erste Steckelement 4a auf ein Kontaktelement 10 der Buchsenvorrichtung 6 aufgebracht. Nach erfolgtem Einstecken des Steckelementes 4a kann sukzessive Steckelement 4b und Steckelement 4c in Richtung der Buchsenvorrichtung 6 verschoben werden und somit nacheinander deren jeweiliges Leiterelement 8 mit Kontaktelement 10 elektrisch in leitende Verbindung gebracht werden. So werden die in 1b dargestellten Steckelemente 4b, c aus ihrer ersten Position 12a gemäß 1b in ihre jeweilige zweite Position 12b, wie in 1c dargestellt, überführt.
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Hierbei kann durch Erreichen der Endposition des Steckelementes 4a im eingesteckten Zustand in Buchsenvorrichtung 8 eine Schiebemechanik, beispielsweise ein Rastelement 20 (in 1 nicht näher dargestellt) des zweiten Steckelementes 4b derart freigegeben werden, so dass dieses in die zweite Position 12b überführbar ist. Nachdem das zweite Steckelement 4b seine zweite Position 12b erreicht hat, wird ein weiteres Rastelement 20 freigegeben, wodurch das weitere zweite Steckelement 4c von seiner ersten Position 12a in seine zweite Position 12b überführbar ist.
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Die vollständig geschlossene Steckanordnung 1 ist in 1c dargestellt. Ebenfalls in 1c rechts dargestellt ist Arretierungselement 14, welches in ein passendes Gegenelement der Buchsenvorrichtung 6 eingreifen kann. Arretierungselement 14 kann hierbei als CPA (connector position assurance) fungieren.
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Gleichfalls denkbar ist, dass jedes Steckelement 4a, b, c oder zumindest nur einzelne Steckelemente 4 ein eigenes Arretierungselement aufweisen, welches in ein komplementäres Gegenelement an der Buchsenvorrichtung 6 eingreifen kann.
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Weiter Bezug nehmend auf 2 wird eine Teildarstellung eines exemplarischen Aufbaus der Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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2 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Steckanordnung 1, bestehend aus den Steckelementen 4a, b sowie der Buchsenvorrichtung 6. Steckelement 4a ist hierbei bereits mit seinem Leiterelement 8 auf das Kontaktelement 10 der Buchsenvorrichtung 6 aufgesteckt, somit elektrisch leitend verbunden. Ein Gehäuseteil 18 der Buchsenvorrichtung 6 hat hierbei Rastelement 20 in eine gelöste Position überführt, insbesondere aus einer Öffnung 24 so weit verschoben, dass die schräge Stirnseite des Rastelementes 20 durch Druck, in 2 von oben auf Steckelement 4b, eine Verschiebung desselben nach unten ermöglicht. Gehäuseteil 18 dichtet unter Verwendung von Dichtelement 22 Leiterelement 8 und Kontaktelement 10 von Steckelement 4a ab.
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Das Gehäuse 16a von Steckelement 4a ist somit bereits in seiner angeschlossenen Endposition in der Buchsenvorrichtung 6. Gehäuse 16b von Steckelement 4b ist im Wesentlichen gerade noch in seiner ersten Position 12a, wird jedoch durch eine Bewegung nach unten in 2 in seine zweite Position 4b überführt. Durch das Überführen des Steckelementes 4b in diese zweite Position 12b wird auch dessen Leiterelement 8 mit Kontaktelement 10 der Buchsenvorrichtung 6 leitfähig verbunden. Rastelement 20 kann hierbei in eingebogenem Zustand in der zweiten Position 12b des Steckelementes 4b weiterhin an der Außenseite des Gehäuses 16a von Steckelement 4a anliegen oder aber kann an dessen Ende überschnappen und durch eine entsprechende im Wesentlichen ebene Ausgestaltung eine irreversible Positionierung in der zweiten Position 12b relativ zu Steckelement 4a realisieren.
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Dies ermöglicht ein einmaliges Anstecken der Steckvorrichtung 2 an Buchsenvorrichtung 6 in der erfindungsgemäße sukzessiven Abfolge, während ein Abstecken jedoch auf einmal, somit für alle Steckelemente 4 und deren Leiterelemente 8 gleichzeitig erfolgen kann. Im Falle, dass Rastelement 20 am Gehäuse 16a anliegt, kann auch wiederum eine sukzessive Diskonnektierung der einzelnen Leiterelemente 8 von den entsprechenden Kontaktelementen 10 vorgenommen werden.
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Weiter Bezug nehmend auf 3a–e wird ein Ansteck- sowie Absteckvorgang einer Steckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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In 3a befindet sich ein Steckelement 4 gerade im Ansteckvorgang an ein Kontaktelement 10. Das Gehäuse 18 der Buchsenvorrichtung 6 wird hierbei in Richtung des Rastelementes 20 verschoben, welches sich noch derart in Öffnung 24 befindet, so dass ein nebenliegendes Steckelement relativ zum gerade anzusteckenden Steckelement nicht bewegt werden kann.
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In 3b ist Gehäuse 18 am Rastelement 20 vorbeigeglitten und hat dieses aus Öffnung 24 seitlich versetzt. Gehäuse 18 drückt nun in Endposition gegen Dichtelement 22 und dichtet dadurch das Innere des Steckelementes ab.
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Die seitliche Versetzung des Rastelementes 20 ist aufgrund seiner angeschrägten Stirnseite ausreichend, das nebengeordnete Steckelement 4 nun nach unten bewegen zu können. Die schräge Stirnseite ermöglicht ein weiteres Herausgleiten des Rastelementes 20 aus Öffnung 24, so dass eine Abwärtsbewegung des rechten Steckelementes nicht mehr blockiert wird. Die einzelnen Steckelemente 4 einer erfindungsgemäßen Steckvorrichtung 2 können somit sukzessive nacheinander auf die Kontaktelemente 10 der Buchsenvorrichtung 6 aufgesteckt werden.
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3d und 3e zeigen die Demontageschritte.
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Das in 3d rechts angeordnete Steckelement wird hierbei nach oben von der zweiten Position in seine erste Position verschoben. Hierbei gleitet auch Rastelement 20 nach oben und findet wiederum Platz in Öffnung 24, wenn das rechte Steckelement 4 in seine erste Position 12a erreicht hat. Nachfolgend kann nun, wie in 3e dargestellt, auch das linke Steckelement 4 nach oben gezogen und somit der elektrische leitfähige Kontakt zwischen Leiterelement 8 und Kontaktelement 10 gelöst werden.
