DE102012110232B4

DE102012110232B4 - Verbindungsvorrichtung zur Stromübertragung im Kraftfahrzeugbereich

Info

Publication number: DE102012110232B4
Application number: DE102012110232.5A
Authority: DE
Inventors: Timo Wetzel; Christian Eckart; Willem Blakborn; Helmut Mühlfellner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: CN103794958B; US20140120768A1; FR2997565B1; US9048588B2; JP2014086424A; FR2997565A1; CN103794958A; JP5731614B2; KR20140053792A; KR101486166B1; DE102012110232A1

Abstract

Verbindungsvorrichtung zur Stromübertragung im Kraftfahrzeugbereich mit mindestens einem ersten Anschlussorgan (4), mindestens einem zweiten Anschlussorgan (6), mindestens einem Abschirmgehäuseteil (12) und Fixiermitteln (8, 10), wobei das mindestens eine erste Anschlussorgan (4) zumindest eine erste Gehäuseanordnung (20) mit einem ersten Isoliergehäuseteil (21) mit mindestens einem ersten Kontaktorgan (18), das mit einem Innenleiter (16) eines Kabels (14) elektrisch verbindbar ist, und eine Abschirmanordnung (28), die mit einer Schirmung (30) des Kabels (14) verbindbar ist, aufweist, wobei die Abschirmanordnung (28) ein Abschirmteil (32) aufweist, das mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil (12) verbunden ist, wobei das mindestens eine zweite Anschlussorgan (6) zumindest eine zweite Gehäuseanordnung (41) mit einem zweiten Isoliergehäuseteil (42) mit mindestens einem zweiten Kontaktorgan (46), das mit einem Stromleitungsorgan verbunden ist, aufweist und wobei eine Schwachstromkontaktanordnung (53) zur Herstellung eines Steuerstromkreises vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwachstromkontaktanordnung (53) ein Ringkontaktelement (52) und zwei Federkontaktelemente (60, 62) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur Stromübertragung im Kraftfahrzeugbereich mit mindestens einem ersten Anschlussorgan, mindestens einem zweiten Anschlussorgan, mindestens einem Abschirmgehäuseteil und Fixiermitteln, wobei das mindestens eine erste Anschlussorgan zumindest eine erste Gehäuseanordnung mit einem ersten Isoliergehäuseteil mit mindestens einem ersten Kontaktorgan, das mit einem Innenleiter eines Kabels elektrisch verbindbar ist, und eine Abschirmanordnung, die mit einer Schirmung des Kabels verbindbar ist, aufweist, wobei die Abschirmanordnung ein Abschirmteil aufweist, das mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil verbunden ist, wobei das mindestens eine zweite Anschlussorgan zumindest eine zweite Gehäuseanordnung mit einem zweiten Isoliergehäuseteil mit mindestens einem zweiten Kontaktorgan, das mit einem Stromleitungsorgan verbunden ist, aufweist und wobei eine Schwachstromkontaktanordnung zur Herstellung eines Steuerstromkreises vorgesehen ist.
Aus der Elektrotechnik und der Elektronik sind eine Vielzahl von Verbindungsvorrichtungen zur Übertragung von Strom- bzw. Hochvoltstrom bekannt. Durch die Entwicklung von Hybrid-, Elektro- sowie Brennstoffzellenfahrzeugen spielt auch der Hochvoltstrom im Kraftfahrzeugbereich eine immer wichtigere Rolle. Für ein derartiges Spannungsnetz müssen daher bestimmte Schutzmaßnahmen gegen die direkte und die indirekte Berührung aktiver, unter Spannung stehender Teile ergriffen werden. In diesem Zusammenhang sind Verbindungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt. So ist aus der JP 2009 - 43 704 A eine Verbindungsvorrichtung mit einem ersten Anschlussorgan, einem zweiten Anschlussorgan und einem Abschirmgehäuseteil bekannt, wobei das erste Anschlussorgan eine Abschirmanordnung aufweist. Die JP H10 - 12 327 A offenbart eine Verbindungsvorrichtung mit einer Schwachstromkontaktanordnung mit einem Ringkontaktelement, wobei bei den Verbindungsvorrichtung gemäß der GB 2 223 134 A , der DE 202 05 430 U1 und der FR 2 828 586 A1 zusätzlich Federkontaktelemente vorgesehen sind. Aus der gattungsbildenden DE 10 2007 038 990 A1 ist es daher bekannt, ein Überwachungssystem vorzusehen, das einen als Pilotlinie, Pilotleitung oder Interlock-Leitung bezeichneten Niederstromkreis aufweist. Erst wenn dieser Niederstromkreis geschlossen ist, und dies durch ein Steuerelement registriert wird, wird das Spannungsnetz zur Zuschaltung freigegeben. Der Niederstromkreis wird hierbei insbesondere durch an sich bekannte Kontaktsteckerelemente geschlossen. Darüber hinaus sind auch noch Rastmittel bekannt, die eine sichere Verrastung der miteinander zu verbindenden Anschlussorgane gewährleisten sollen. Es sollte deutlich sein, dass insbesondere das Vorsehen eines Steuerstromkreises und das Verbinden mittels Rastmitteln einen hohen Montageaufwand erfordert, wobei die zu verbindenden Anschlussorgane in einer genauen Ausrichtung zueinander anzuordnen sind. Dies ist insbesondere in der von automatisierten Fertigungsprozessen geprägten Automobilindustrie nachteilig und bedeutet einen hohen Kostenaufwand.
Folglich besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Verbindungsvorrichtung zur Übertragung von Hochvoltstrom im Kraftfahrzeug dahingehend zu verbessern, dass trotz einer vereinfachten Montage die vorgegebenen Schutzmaßnahmen berücksichtigt werden und die Herstellung kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schwachstromkontaktanordnung ein Ringkontaktelement und zwei Federkontaktelemente aufweist. Auf diese Weise müssen die Kontaktelemente des Steuerstromkreises nicht mehr genau zueinander ausgerichtet werden, was die Montage wesentlich vereinfacht. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform entsteht dadurch, dass das mindestens eine erste Anschlussorgan einen Berührungsschutz aufweist und das Ringkontaktelement in dem Berührungsschutz mit einem Radialabstand d zum Außendurchmesser des Berührungsschutzes eingelassen ist. Einerseits wird hierdurch ein besonders einfach herzustellendes erstes Anschlussorgan für die Verbindungsvorrichtung bereitgestellt und andererseits kann hiermit gleichzeitig eine Verrastung der beiden Anschlussorgane der Verbindungsvorrichtung gewährleistet werden. Um eine noch präzisere Verrastung der Federkontaktelemente im Ringkontaktelement zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das Ringkontaktelement eine Nut aufweist.
In vorteilhafter Weise weist das jeweilige Federkontaktelement eine in Richtung des Ringkontaktelementes gerichtete Kontaktzone auf, um einen definierten Kontakt herzustellen.
In vorteilhafter Weise weisen die Fixiermittel erste lösbare Fixiermittel, wie z.B. Schrauben, auf, ist das erste Isoliergehäuseteil aus Kunststoff hergestellt und über die ersten Fixiermittel mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil verbunden. Auf gleiche Weise weisen die Fixiermittel zweite lösbare Fixiermittel, wie z.B. Schrauben, auf, ist das zweite Isoliergehäuseteil aus Kunststoff hergestellt und über die zweiten Fixiermittel mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil verbunden.
Um die Montage noch einfacher zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine erste Kontaktorgan buchsenförmig und das mindestens eine zweite Kontaktorgan stiftförmig ausgebildet ist. Hierbei kann das mindestens eine erste Kontaktorgan ein Stromfederelement aufweisen, um eine sichere Kontaktierung bereitzustellen.
In besonders vorteilhafter Weise ist ein Federkontaktelement der zwei Federkontaktelemente derart verschiebbar in einem Gehäuseteil der Verbindungsvorrichtung angeordnet, dass das Federkontaktelement gegenüber einer Gehäusefläche des Gehäuseteils zurückversetzt angeordnet ist, wenn das Federkontaktelement (60) und das Gehäuseteil nicht in das zweite Isoliergehäuseteil montiert sind, und das Federkontaktelement gegenüber der Gehäusefläche vorstehend angeordnet ist, wenn das Federkontaktelement und das Gehäuseteil in das zweite Isoliergehäuseteil montiert sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Federkontaktelement lediglich im montierten Zustand in Kontaktposition gebracht ist, wodurch es im nicht montierten Zustand gegenüber der Umgebung geschützt ist.
Um sicherzustellen, dass eine ausreichende Kontaktierung des ersten und zweiten Kontaktorgans vorliegt, bevor der Schwachstromkreis geschlossen ist, sind bei Herstellung einer Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Anschlussorgan (4) und dem mindestens einen zweiten Anschlussorgan (6) das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Kontaktorgan mindestens 1 mm geringer voneinander beabstandet als das Ringkontaktelement von den zwei Federkontaktelementen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher dargestellt, hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
2 eine Schnittansicht der Verbindungsvorrichtung aus 1 im Bereich eines ersten und zweiten Anschlussorgans, die sich im nicht verbundenen Zustand befinden,
3 eine Schnittansicht der Verbindungsvorrichtung aus 1 im Bereich des ersten und zweiten Anschlussorgans im kontaktierten Zustand, und
4 eine Detailansicht eines Federkontaktelementes.

1 zeigt in einer perspektivischen Explosionsansicht eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 2 zur Übertragung von Hochvoltstrom im Kraftfahrzeugbereich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsvorrichtung 2 als Steckverbindung in Form einer Stift-Buchsen-Verbindung ausgeführt, wobei jedoch deutlich sein sollte, dass auch andere Verbindungsarten im Rahmen der Erfindung möglich sind. Des Weiteren ist in der 1 eine Verbindungsvorrichtung 2 dargestellt, die jeweils zwei erste Anschlussorgane 4 und zwei zweite Anschlussorgane 6 aufweist, die ineinandergreifen und mittels Fixiermitteln 8, 10, die hier als Schrauben ausgeführt sind, an einem Abschirmgehäuseteil 12 fixiert sind.
Das erste Anschlussorgan 4 ist hierbei mit einem Hochvoltstromkabel 14 verbunden. Ein Innenleiter 16 ist hierzu mit einem ersten Kontaktorgan 18 verbunden, wobei das erste Kontaktorgan 18 als buchsenförmiger Rundkontakt ausgeführt ist. Des Weiteren weist das erste Anschlussorgan 4 ein erstes Isoliergehäuseteil 21 auf, das auf der zum Kabel 14 gerichteten Seite auf bekannte Weise ein Kappenelement 22 sowie ein Dichtungsorgan 24 besitzt. Das erste Isoliergehäuseteil 21, das aus Kunststoff hergestellt ist, weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Bohrungen 26 auf, durch die die Schrauben 8 hindurchgreifen können, um mit entsprechenden Gewindebohrungen im Abschirmgehäuseteil 12 in Eingriff zu treten. Des Weiteren ist eine Abschirmanordnung 28 vorgesehen, die mit einer Schirmung 30 verbunden ist. Die Abschirmanordnung 28 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Abschirmteil 32 auf, das erfindungsgemäß als Schirmhülse 34 mit einem federnden Kontaktelement 36 ausgeführt ist. Hierdurch liegt die Schirmhülse 34 immer unter Vorspannung am Abschirmgehäuseteil 12 an und gewährleistet so eine optimale Abschirmung bei optimaler Funktionssicherheit, da auch die Anschlussanordnung 4 auf diese Weise unter Vorspannung gehalten wird. Eine Crimphülse 38 vervollständigt die Abschirmanordnung 28 und gewährleistet kabelseitig im Wesentlichen eine Schirmcrimpung. Für das erste Kontaktorgan 18 ist noch ein Berührungsschutz 39 vorgesehen, der unterschiedliche Farben aufweisen kann, um so mittels einer Kodierung Anschlussfehler bei der Montage zu vermeiden. Darüber hinaus kann auch das erste Isoliergehäuseteil 21 Kodiermittel in Form von geometrischen Ansätzen aufweisen, die mit entsprechenden Aufnahmen im Abschirmgehäuseteil 12 derart zusammenwirken, dass eine falsche Montage ausgeschlossen ist. Auf der vom Hochvoltstromkabel abgewandten Seite des Abschirmgehäuseteils 12 sind zweite Anschlussorgane 6 vorgesehen, die im Wesentlichen ein zweites Isoliergehäuseteil 42 aufweisen, die hier durch ein Verbindungsstück 44 miteinander verbunden sind. In dem zweiten Isoliergehäuseteil 42 ist auf bekannte Weise ein zweites Kontaktorgan 46 vorgesehen, das im vorliegenden Fall als Stromleitungsorgan ausgeführt ist. Auch hier weist das zweite Anschlussorgan 6 Bohrungen 48 auf, durch die die Schrauben 10 hindurch reichen und mit entsprechenden Gewindebohrungen 50 in Eingriff treten. Im jeweiligen Berührungsschutz 39 ist nun ein Ringkontaktelement 52 eingelassen, das Teil einer Schwachstromkontaktanordnung 53 ist, die insbesondere in 3 dargestellt ist. Die Schwachstromkontaktanordnung 53 soll sicherstellen, dass die Verbindungsvorrichtung des ersten Anschlussorgans 4 mit dem zweiten Anschlussorgan 6 vollständig und sicher hergestellt ist, bevor ein nicht weiter dargestelltes Steuerteil einen Hochstromfluss über das erste Anschlussorgan 4 und das zweite Anschlussorgan 6 ermöglicht.
2 zeigt in einer Schnittansicht ein zweites Anschlussorgan 6 mit dem zweiten Kontaktorgan 46, das gerade mit dem ersten Kontaktorgan 18 des hier nicht weiter dargestellten ersten Anschlussorganes 6 in Kontakt getreten ist. Das erste Kontaktorgan 18 weist hierbei auf bekannte Weise ein Stromfederelement 54 auf, über welches die Stromverbindung sicher hergestellt wird. Des Weiteren ist der Berührungsschutz 39 dargestellt, in dem das Ringkontaktelement 52 mit einem Radialabstand d zum Außendurchmesser des Berührungsschutzes 39 eingelassen ist.
Deutlich zu erkennen sind des Weiteren zwei im zweiten Isoliergehäuseteil 42 angeordnete Gehäuse 56, 58, in denen jeweils Federkontaktelemente 60, 62 angeordnet sind. Da die Gehäuse 56, 58 bereits im Isoliergehäuseteil 42 montiert sind, stehen die Federkontaktelemente 60, 62 zur Kontaktierung mit dem Ringkontaktelement 52 vor.
3 zeigt nun die beiden Kontaktorgane 18 und 46 in kontaktiertem und verrastetem Zustand. Die Federkontaktelemente 60, 62 befinden sich hierbei in Kontaktierung mit dem Ringkontaktelement 52, so dass der Steuerstromkreis hergestellt ist. Auch befindet sich das Stromfederelement 54 in vollständiger Kontaktierung mit dem zweiten Kontaktorgan 46. Um sicherzustellen, dass das erste und zweite Kontaktorgan 18, 46 vollständig miteinander kontaktiert sind, sind diese Kontaktorgane 18, 46 1 mm geringer voneinander beabstandet als das Ringkontaktelement 18 von den zwei Federkontaktelementen 60, 62. Die ersten und zweiten Kontaktorgane eilen damit der Schwachstromkontaktierung voraus. Durch diese Anordnung ist nun auch eine Verrastung durch das Ringkontaktelement 52 mit den Federkontaktelementen 60, 62 hergestellt. Das Ringkontaktelement 52 kann darüber hinaus noch eine nicht weiter dargestellte Nut aufweisen, um eine noch präzisere Verrastung herzustellen.
4 zeigt in einer Schnittansicht das Gehäuseteil 56 mit dem Federkontaktelement 60 im nicht montierten Zustand. Das Federkontaktelement 60 ist vollständig im Gehäuseteil 56 aufgenommen und so während des Transportes geschützt vor Beschädigungen. Des Weiteren weist hier das Federkontaktelement 60 eine speziell ausgebildete Kontaktzone 64 auf, die insbesondere beispielsweise mit einer Nut des Ringkontaktelementes 52 in Eingriff treten kann. Bei Anordnung des Gehäuseteils 56 im zweiten Isoliergehäuseteil 42 wird das Federkontaktelement 60 derart verschoben, dass es gegenüber der Gehäusefläche des Gehäuseteils 56 vorstehend angeordnet ist.

Claims

Verbindungsvorrichtung zur Stromübertragung im Kraftfahrzeugbereich mit mindestens einem ersten Anschlussorgan (4), mindestens einem zweiten Anschlussorgan (6), mindestens einem Abschirmgehäuseteil (12) und Fixiermitteln (8, 10), wobei das mindestens eine erste Anschlussorgan (4) zumindest eine erste Gehäuseanordnung (20) mit einem ersten Isoliergehäuseteil (21) mit mindestens einem ersten Kontaktorgan (18), das mit einem Innenleiter (16) eines Kabels (14) elektrisch verbindbar ist, und eine Abschirmanordnung (28), die mit einer Schirmung (30) des Kabels (14) verbindbar ist, aufweist, wobei die Abschirmanordnung (28) ein Abschirmteil (32) aufweist, das mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil (12) verbunden ist, wobei das mindestens eine zweite Anschlussorgan (6) zumindest eine zweite Gehäuseanordnung (41) mit einem zweiten Isoliergehäuseteil (42) mit mindestens einem zweiten Kontaktorgan (46), das mit einem Stromleitungsorgan verbunden ist, aufweist und wobei eine Schwachstromkontaktanordnung (53) zur Herstellung eines Steuerstromkreises vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwachstromkontaktanordnung (53) ein Ringkontaktelement (52) und zwei Federkontaktelemente (60, 62) aufweist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Anschlussorgan (4) einen Berührungsschutz (39) aufweist und das Ringkontaktelement (52) in dem Berührungsschutz (39) mit einem Radialabstand (d) zum Außendurchmesser des Berührungsschutzes (39) eingelassen ist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringkontaktelement (52) eine Nut aufweist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Federkontaktelement (60, 62) eine in Richtung des Ringkontaktelementes (52) gerichtete Kontaktzone (64) aufweist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel (8, 10) erste lösbare Fixiermittel (8), wie z.B. Schrauben, aufweisen, das erste Isoliergehäuseteil (21) aus Kunststoff hergestellt ist und das erste Isoliergehäuseteil (21) über die ersten Fixiermittel (8) mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil (12) verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel (8, 10) zweite lösbare Fixiermittel (10), wie z.B. Schrauben, aufweisen, das zweite Isoliergehäuseteil (42) aus Kunststoff hergestellt ist und das zweite Isoliergehäuseteil (42) über die zweiten Fixiermittel (10) mit dem mindestens einen Abschirmgehäuseteil (12) verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Kontaktorgan (18) buchsenförmig und das mindestens eine zweite Kontaktorgan (46) stiftförmig ausgebildet ist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Kontaktorgan (18) ein Stromfederelement (54) aufweist.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federkontaktelement (60) der zwei Federkontaktelemente (60, 62) derart verschiebbar in einem Gehäuseteil (56) der Verbindungsvorrichtung (2) angeordnet ist, dass das Federkontaktelement (60) gegenüber einer Gehäusefläche des Gehäuseteils (56) zurückversetzt angeordnet ist, wenn das Federkontaktelement (60) und das Gehäuseteil (56) nicht in das zweite Isoliergehäuseteil (42) montiert sind, und das Federkontaktelement (60) gegenüber der Gehäusefläche vorstehend angeordnet ist, wenn das Federkontaktelement (60) und das Gehäuseteil (56) in das zweite Isoliergehäuseteil (42) montiert sind.
Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Herstellung einer Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Anschlussorgan (4) und dem mindestens einen zweiten Anschlussorgan (6), das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Kontaktorgan (18, 46) mindestens 1 mm geringer voneinander beabstandet sind, als das Ringkontaktelement (52) von den zwei Federkontaktelementen (60, 62).