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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen elektrischen Kontaktelementen und eine Steckverbindung mit einem derartigen Steckverbinder.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Fahrzeug wird eine Vielzahl von Steckverbindungen eingesetzt, um Steuergeräte, Messgeräte, Motoren und Stromquellen miteinander zu verbinden.
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Insbesondere Steckverbindungen, die den elektrischen Antriebsmotor eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem Laststromkreis verbinden, der beispielsweise einen Umrichter und Batterien umfassen kann, können dabei Steckverbindungen umfassen, die an Leitungen mit relativ großem Durchmesser angeschlossen sind, da diese elektrische Ströme hoher Leistung transportieren sollen.
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In der Steckverbindung sind die Leitungen in der Regel über Kontaktelemente verbunden, die einen Klemmkontakt herstellen. Im Betrieb des Fahrzeugs unterliegen Steckverbindung und Leitungen erheblichen Schüttelbeanspruchungen. Aufgrund der Schüttelbeanspruchung bewegen sich die Leitungen und übertragen diese Bewegungen auf die zugehörigen Kontaktelemente. Dies kann zu einer Relativbewegung zwischen Partnern von Kontaktelementen führen, was wiederum Verschleiß und somit eine Erhöhung des Übergangswiderstands des Kontakts verursachen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute, stabile und wartungsarme Steckverbindung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Steckverbinder bzw. Stecker zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen elektrischen Kontaktelementen. Beispielsweise kann der Stecker dazu ausgeführt sein, auf eine Schnittstelle an einem elektrischen Gerät gesteckt zu werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Steckverbinder ein Gehäuse zur Aufnahme von Kontaktelementen, wobei das Gehäuse dazu ausgeführt ist, auf ein komplementäres Gehäuse eines komplementären Steckverbinders (beispielsweise der Schnittstelle) gesteckt zu werden, so dass die Kontaktelemente im Gehäuse des Steckverbinders mit komplementären Kontaktelementen im komplementären Gehäuse eine elektrische Verbindung eingehen.
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Der Steckverbinder umfasst weiter ein Kabel mit einer Mehrzahl von Leitungen, die mit den Kontaktelementen im Gehäuse elektrisch leitend verbunden sind. Wenigstens ein Kontaktelement des Steckverbinders ist über einen geflochtenen Leiter aus einer Mehrzahl miteinander verflochtener bzw. verwebter Litzen mit einer Leitung aus dem Kabel elektrisch verbunden. Mit anderen Worten sind die Leitung und das Kontaktelement nicht direkt miteinander mechanisch verbunden, sondern über eine flexible Verbindung in der Form eines geflochtenen Leiters zwar elektrisch verbunden und dabei mechanisch entkoppelt.
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Durch die Flexibilität des geflochtenen Leiters müssen die Bewegungen der Leitung nicht auf das Kontaktelement übertragen werden. Das Kontaktelement kann in Ruhe bleiben, es muss keine Relativbewegungen zwischen Kontaktelement und komplementärem Kontaktelement und somit auch kein Verschleiß entstehen. Auf diese Weise kann eine Leitungsanbindung mit flexiblem Leiter zur Vibrationsentkopplung erfolgen.
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In der Regel ist nicht nur ein Kontaktelement, sondern eine Mehrzahl von Kontaktelementen, beispielsweise alle Kontaktelemente, die die Phasen eines Laststroms führen, über geflochtene Leiter mit den zugehörigen Leitungen verbunden. Der geflochtene Leiter kann eine flexible Gewebestruktur aufweisen, die wesentlich flexibler bzw. biegsamer sein kann als ein entsprechender Leiter mit nur einer Ader oder anders miteinander verbundenen Litzen.
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Die Leitung(en) und Kontaktelement(e) können beispielsweise mittels eines flexiblen, elektrisch leitenden Bandes und/oder Schlauches verbunden sein. Der geflochtene Leiter kann ein geflochtenes Band (beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt) und/oder einen geflochtenen Schlauch (beispielsweise mit rohrförmigem Querschnitt) umfassen. Eine mögliche Ausführungsform eines flexiblen, elektrisch leitenden Bandes oder Schlauches kann ein Masseband oder Masseschlauch sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Leitung des Kabels ein verdrilltes Litzenbündel auf. Im Unterschied zum flexiblen Leiter kann die Leitung eher steif ausgeführt sein. Auch kann die Leitung zusätzlich mit einer Kunststoffhülle isoliert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Kontaktelemente im Gehäuse des Steckverbinders Buchsen bzw. Pinaufnahmen und die komplementären Kontaktelemente Pins. Diese Buchsen bzw. Pinaufnahmen können mit dem geflochtenen Leiter verbunden sein, beispielsweise mittels Löten, Schweißen oder Crimpen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Steckverbinder wenigstens zwei Typen von Leitungen und/oder Kontaktelementen auf. Erste Kontaktelemente können dazu ausgeführt sein, elektrisch Ströme für einen Elektromotor eines Fahrzeugs zu übertragen. Derartige Kontaktelemente sind in der Regel mit Leitungen mit relativ großem Querschnitt elektrisch verbunden, die daher auch relativ steif sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind (lediglich) die ersten Kontaktelemente über geflochtene Leiter mit den Leitungen im Kabel elektrisch verbunden. Andere Kontaktelemente, die beispielsweise mit dünneren Leitungen aus dem Kabel verbunden sind, können direkt mit diesen Leitungen verbunden sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein zweites Kontaktelement als Sicherheitskontaktelement ausgeführt. Das Sicherheitskontaktelement kann seine elektrische Verbindung mit einem Sicherheitskontaktelement im komplementären Gehäuse beim Lösen des Steckverbinders vom komplementären Gehäuse trennen, bevor weitere Kontaktelemente ihre elektrischen Verbindungen trennen. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass eines der Sicherheitskontaktelemente einen verkürzten Kontaktbereich aufweist. Über die Sicherheitskontaktelemente kann ein Stromkreis geschlossen und geöffnet werden, über den die Lastströme, die durch die Steckverbindung geführt werden, gesteuert werden können. Die Lastströme sollten beim Lösen der restlichen Kontaktelemente der Steckverbindung vollständig unterbrochen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherheitskontaktelement direkt mit einer Leitung aus dem Kabel verbunden. Da der Sicherheitsstromkreis dünne Leitungen aufweisen kann, kann unter Umständen auf eine flexible Verbindung zwischen dem Sicherheitskontaktelement und der entsprechenden Leitung verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Steckverbinder ein weiteres Sicherheitskontaktelement auf. Dieses Sicherheitskontaktelement kann mit dem (ersten Sicherheitskontaktelement elektrisch verbunden, beispielsweise kurz geschlossen sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steckverbindung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kabel und einem elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Pkw, Lkw oder Bus sein.
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Im Allgemeinen kann die Steckverbindung an Orten mit höherem Schüttelprofil verwendet werden, wie etwa im Motorraum eines Fahrzeugs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steckverbindung einen Steckverbinder, so wie er obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Der komplementäre Steckverbinder kann beispielsweise eine Schnittstelle am elektrischen Antriebsmotor sein.
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Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, auch Merkmale der Vorrichtung sein können und umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine Steckverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt schematisch einen Kabelgang für einen Steckverbinder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt schematisch einen Kabelgang für einen Steckverbinder gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine Steckverbindung 10 mit einem Steckverbinder bzw. Stecker 12 und einem komplementären Steckverbinder 14, der beispielsweise eine Schnittstelle 14 zu einem Elektromotor darstellen kann, die am Gehäuse des Elektromotors angebracht ist.
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Der Steckverbinder 12 umfasst ein Gehäuse 16, in dem das Ende eines Kabels 18 (beispielsweise eines Kabelbaums zum Elektromotor) befestigt ist. Das Kabel 18 umfasst mehrere Leitungen 20, die mit Kontaktelementen 22 verbunden sind.
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Beispielsweise kann es sich bei den Kontaktelementen 22 um drei Phasenkontakte 22a zum Übertragen eines Laststroms und um einen Sicherheitskontakt 22b zum Schließen und Öffnen eines Sicherheitsstromkreises handeln. Die Kontaktelemente 22 können alle Pinaufnahmen bzw. Buchsen für Pins sein.
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Beim Schließen der Steckverbindung 10 werden die Kontaktelemente 22 mit entsprechenden bzw. komplementären Kontaktelementen 24 in Verbindung gebracht und zusammengesteckt und gehen mit diesen eine Klemmverbindung ein. Die Kontaktelemente 22 können Pins 22 sein. Die komplementären Kontaktelemente 24 umfassen dabei auch Phasenkontakte 24a zum Übertragen eines Laststroms und einen Sicherheitskontakt 24b. Die Kontaktelemente 24 sind mit einem Gehäuse 26 des komplementären Steckverbinders 14 verbunden.
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Zusätzlich können die Kontaktelemente 22 einen weiteren Sicherheitskontakt 22c und die komplementären Kontaktelement 24 einen entsprechenden komplementären Sicherheitskontakt 24c umfassen. Der Sicherheitskontakt 22c kann mit dem gleichen flexiblen Leiter 28 wie der Sicherheitskontakt 24b verbunden sein und kann damit mit dem Sicherheitskontakt 24 kurz geschlossen sein.
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Genauso sind die Kontaktelemente 22 mit dem Gehäuse 16 verbunden. Da die Leitungen 20a zur Übertragung des Laststroms relativ starr sein können, sind sie jeweils über einen flexiblen Leiter 28 mit dem zugehörigen Kontaktelement verbunden. Die Leitung 20a für den Sicherheitsstromkreis kann direkt mit dem Kontaktelement 22b verbunden sein.
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Die 2 zeigt schematisch eine erste Möglichkeit für einen Kabelgang durch den Steckverbinder 12. Die mit einem Isoliermaterial 30 umwickelte Leitung 20a ist mit ihrem Ende mit einem geflochtenen Leiter 28, der beispielsweise ein elektrisch leitendes geflochtenes Band 28a oder ein elektrisch leitender geflochtener Schlauch 28b sein kann, verbunden.
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Die Leitung 20a kann beispielsweise ein verdrilltes Litzenbündel umfassen, das beispielsweise einen runden Querschnitt und eine Querschnittsfläche von etwa 250 mm aufweisen kann und daher nicht besonders biegsam ist.
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Am Kontaktelement 22a ist ein Verbinder 32 angebracht, der im Wesentlichen orthogonal zur Steckrichtung vom Kontaktelement 22a absteht. An dem Verbinder 32 ist das andere Ende des geflochtenen Leiters 28 angebracht. Obwohl das Kontaktelement 22a, der Verbinder 32 und die Leitung 20a relativ starr sein können, sind das Kontaktelement 22a und Leitung 20a mechanisch voneinander entkoppelt und das Ende der Leitung 20a kann relativ zum Kontaktelement 22a schwingen und vibrieren, wie es in der 2 durch die Pfeile angedeutet ist.
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Die Verbindung zwischen dem geflochtenen Leiter 28 und dem Kontaktelement 22a und/oder die Verbindung zwischen dem geflochtenen Leiter 28 und der Leitung 20a kann durch Löten, Schweißen oder Crimpen erfolgen.
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Bei der 2 verläuft der geflochtene Leiter 28 und die Leitung 20a im Wesentlichen orthogonal zum Kontaktelement. Auf diese Weise entsteht ein 90°-Kabelgang.
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In der 3 ist ein 180°-Kabelgang gezeigt. Der Verbinder 32 ist derart am Kontaktelement 22a angebracht, dass er im Wesentlichen parallel zur Steckrichtung verläuft, auch der flexible Leiter 28 und die Leitung 20a verlaufen in diese Richtung.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
