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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Baugruppe, insbesondere einen elektromotorischen Antrieb, die ein Baugruppengehäuse und einen Kontaktanschluss aufweist.
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Bei elektrischen Baugruppen kann es infolge von niedergeschlagener Feuchtigkeit im Bereich der elektrischen Anschlusskontakte zu einem Ausfall der gesamten Baugruppe kommen. Beispielsweise kann durch angesammelte Flüssigkeit eine leitfähige Brücke zwischen zwei Polen der elektrischen Anschlusskontakte gebildet werden, die zu einem elektrischen Kurzschluss führen. Des Weiteren kann infolge von feuchter Umgebungsluft oder benetzten Anschlusskontakten eine so genannte elektrochemische Migration auftreten. Hierbei werden durch die Feuchtigkeit Metallionen aus einem der (Kontakt-)Pole ausgelöst, die bei zwischen den Polen anliegender elektrischer Spannung in Richtung des entgegengesetzten Poles wandern (migrieren) und sich aneinander ablagern. Dadurch werden nach einiger Zeit metallische, elektrisch leitfähige Pfade zwischen den Polen ausgebildet, die wiederum zu einem Kurzschluss führen können.
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Bei elektromotorischen Antrieben, die in oder an einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, ist das Risiko eines solchen feuchtigkeitsbedingten Kurzschlusses erhöht, da solche Antriebe häufig in Bereichen des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, die konstruktionsbedingt nicht vollständig gegen eindringende Flüssigkeit abgedichtet sind. Zudem sind aufgrund der wechselnden klimatischen Umgebungsbedingungen nahezu alle Bereiche (Hohlräume der Karosserie, Motorraum, etc.) des Kraftfahrzeugs häufig zumindest einer erhöhten Luftfeuchtigkeit unterworfen oder werden durch eindringende Flüssigkeiten (Spritzwasser, Regenwasser, etc.) benetzt.
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Um einen kurzschlussbedingten Ausfall der elektrischen Baugruppe zu verhindern, werden die Anschlusskontakte häufig von Kontaktgehäusen umgeben, die im bestimmungsgemäßen Einbauzustand mit einem Gegenstecker überlappen. Im Bereich der Überlappung werden üblicherweise zusätzliche Dichtungsmittel, beispielsweise Dichtringe, eingesetzt, so dass die Anschlusskontakte gegenüber der (feuchten) Umgebung möglichst fluiddicht gekapselt sind. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder Alterung der Dichtmittel kann allerdings über die Lebensdauer der elektrischen Baugruppe in der Regel ein Eindringen von Flüssigkeit nicht vollständig ausgeschlossen werden.
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Insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeugen ist jedoch eine regelmäßige Wartung oder Kontrolle der elektrischen Anschlüsse und Dichtungen solcher Baugruppen, die zudem meist an unzugänglichen Stellen des Kraftfahrzeugs verbaut sind, aus Kostengründen nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausfallsicherheit einer elektrischen Baugruppe, insbesondere eines elektromotorischen Antriebs, auf kostengünstige Weise zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Baugruppe, insbesondere ein elektromotorischer Antrieb, ein Baugruppengehäuse sowie einen Kontaktanschluss, der ein Kontaktgehäuse aufweist. Das Kontaktgehäuse weist wiederum einen Kontaktgehäuseboden auf. Das Kontaktgehäuse ist dabei bodenseitig mit dem Baugruppengehäuse verbunden, vorzugsweise in dieses integriert und insbesondere einstückig mit diesem in einem Spritzgießprozess aus Kunststoff gefertigt.
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Das Kontaktgehäuse weist außerdem freiendseitig, d. h. mit seinem von dem Baugruppengehäuse abgewandten Ende, eine Einstecköffnung auf, in die in einem bestimmungsgemäßen Endmontagezustand ein Gegenkontaktstecker eingesteckt ist.
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Weiterhin umgibt das Kontaktgehäuse mindestens zwei Anschlusskontakte, die – vorzugsweise senkrecht – von dem Kontaktgehäuseboden abragen. Ferner weist das Kontaktgehäuse mindestens einen Abstandskragen auf, der wenigstens einen Anschlusskontakt zu einem Teil dessen Länge, vorzugsweise ringförmig geschlossen, umgibt. Der Abstandskragen ragt hierbei unter Bildung einer Auffangwanne für Flüssigkeit von dem Kontaktgehäuseboden ab. An der von dem Kontaktgehäuse abgewandten Stirnseite des Abstandskragens ist weiterhin eine Anschlagfläche für den Gegenkontaktstecker ausgebildet, der zu den Anschlusskontakten korrespondierende Gegenkontakte trägt. Die Anschlagfläche ist somit gegenüber dem Kontaktgehäuseboden um die Höhe des Abstandskragens abgesetzt.
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Das Kontaktgehäuse umgibt die beiden Anschlusskontakte vorzugsweise ringförmig geschlossen. insbesondere weist das Kontaktgehäuse eine umlaufende, mit dem Kontaktgehäuseboden und dem umgebenden Baugruppengehäuse verbundene Kontaktgehäusewand auf. Die Kontaktgehäusewand ragt geeigneterweise senkrecht zu dem Kontaktgehäuseboden von diesem ab und umrahmt die Einstecköffnung. Die Auffangwanne ist dabei zweckmäßigerweise durch das Volumen gebildet, das zwischen der Ebene, in der die Anschlagfläche liegt, dem Kontaktgehäuseboden und der Kontaktgehäusewand eingeschlossen ist.
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Für den Fall, dass während des Betriebs der elektrischen Baugruppe Flüssigkeit in das Kontaktgehäuse, das im bestimmungsgemäßen Endmontagezustand durch den Gegenkontaktstecker verschlossen ist, eindringt oder sich beispielsweise Kondenswasser innerhalb des Kontaktgehäuses niederschlägt, kann sich dieses vorteilhafterweise schwerkraftbedingt in der Auffangwanne sammeln und dabei im Wesentlichen den Kontaktgehäuseboden bedecken. Durch den Abstandskragen ist außerdem die Wegstrecke zwischen den beiden Anschlusskontakten im Vergleich zu einem herkömmlichen Kontaktgehäuseboden (d. h. von dem kein Abstandskragen abragt) deutlich vergrößert, so dass die Ausbildung elektrisch leitfähiger, metallischer Leitpfade zwischen den Anschlusskontakten durch elektrochemische Migration verhindert oder die Zeit bis zur Ausbildung solcher Leitpfade signifikant verlängert wird. Somit wird durch den Einsatz des Abstandskragens auf einfache Weise ermöglicht, dass bei Anwesenheit von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit innerhalb des Kontaktgehäuses die Anschlusskontakte nicht oder zumindest erst bei Anwesenheit einer vergleichsweise großen Flüssigkeitsmenge benetzt werden. Dadurch wird das Risiko eines Kurzschlusses erheblich verringert und somit die Ausfallsicherheit der elektrischen Baugruppe vorteilhaft erhöht. Des Weiteren stellt die Ausbildung des Abstandskragens eine besonders einfache konstruktive und damit auch kostengünstige Maßnahme dar. Zudem kann eine konstruktive Anpassung des Gegenkontaktsteckers entfallen.
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Der Abstandskragen ist bevorzugt als zylindrische Erhebung aus dem Kontaktgehäuseboden ausgeformt. Der Abstandskragen kann im Rahmen der Erfindung hierbei einen polygonalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. In fertigungstechnisch einfacher Ausführung ist der Abstandskragen allerdings kreiszylindrisch ausgeführt, wobei die Anschlusskontakte auf der Zylinderachse angeordnet sind.
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Bei der elektrischen Baugruppe handelt es sich bevorzugt um einen mit 48 Volt betriebenen elektromotorischen Antrieb, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist. Beispielsweise stellt die Baugruppe eine Wasserpumpe oder einen elektromotorischen Getriebeversteller dar. Der erfindungsgemäße Einsatz des Abstandskragens in dem Kontaktanschluss ist bei 48 Volt oder einer vergleichbar hohen elektrischen Spannung besonders vorteilhaft, da eine elektrochemische Migration durch eine hohe Spannung begünstigt und/oder beschleunigt wird. Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei der elektrischen Baugruppe aber auch um elektromotorische Antriebe handeln, die beispielsweise mit 12 Volt oder mit 24 Volt betrieben werden.
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Vorteilhafterweise kann die Tiefe der Auffangwanne und somit die Menge der darin aufnehmbaren Flüssigkeit, auf besonders einfache Weise über eine Veränderung der Höhe des Abstandskragens auf die jeweilige Verwendung der Baugruppe (bspw. als Wasserpumpe) und die damit zu erwartende Flüssigkeitsmenge – ohne konstruktive Veränderung des Gegenkontaktsteckers – angepasst werden.
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In besonders bevorzugter Ausführung umfasst das Kontaktgehäuse mindestens zwei Abstandskragen, von denen jeder jeweils einen der Anschlusskontakte zu einem Teil deren Länge umgibt. Dadurch ist die Wegstrecke zwischen den Anschlusskontakten besonders lang. Die an den Stirnseiten der Abstandskragen ausgebildeten Anschlagflächen liegen zweckmäßigerweise auf einer gemeinsamen Ebene, so dass eine plane Auflage für den Gegenkontaktstecker gebildet ist.
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In zweckmäßiger Ausführung umfasst das Kontaktgehäuse vorzugsweise einstückig angeformte Rastmittel, die im bestimmungsgemäßen Endmontagezustand mit dem Gegenkontaktstecker verrastet sind. Bei diesen Rastmitteln handelt es sich vorzugsweise um wenigstens einen Schnapphaken, der insbesondere in einem Spritzgießprozess an dem Kontaktgehäuse ausgeformt ist. Die Rastmittel ermöglichen dabei auf einfache Weise, dass die zwischen dem Kontaktgehäuse und dem Gegenkontaktstecker gebildete Steckverbindung gegen ein Lösen (beispielsweise aufgrund von betriebsbedingten Vibrationen) gesichert ist.
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In bevorzugter Ausführung sind die Anschlusskontakte jeweils als Kontaktstift ausgebildet. Jeder der Anschlusskontakte bzw. Kontaktstifte durchdringt den Kontaktgehäuseboden (und gegebenenfalls das Baugruppengehäuse) zur Kontaktierung der von dem Baugruppengehäuse eingehausten, stromführenden oder spannungstragenden Komponenten der Baugruppe. Die Anschlusskontakte bzw. die Kontaktstifte sind dabei vorzugsweise fluiddicht (d. h. dicht gegen Durchtritt von Flüssigkeit in das Innere des Baugruppengehäuses) in das Kontaktgehäuse eingebettet. Insbesondere werden die Anschlusskontakte bzw. die Kontaktstifte als Einlegeteile in einem Spritzgießprozess mit dem Kontaktgehäuse bzw. Baugruppengehäuse fluiddicht umschlossen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in schematischer Seitenansicht eine elektrische Baugruppe mit einem Baugruppengehäuse und einem daran angeordneten Kontaktanschluss,
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2 in einer schematischen Draufsicht den Kontaktanschluss,
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3 in einem Schnitt III-III gemäß 2 den Kontaktanschluss, und
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4 in Ansicht gemäß 3 den Kontaktanschluss im bestimmungsgemäßen Endmontagezustand mit einem Gegenkontaktstecker.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist als elektrische Baugruppe eine Wasserpumpe 1 dargestellt. Die Wasserpumpe 1 umfasst ein Baugruppengehäuse, das in ein Gehäuseunterteil 2 und ein Gehäuseoberteil 3 aufgeteilt ist. An dem Gehäuseunterteil 2 sind zwei Anschlussstutzen 4 und 5 angeformt sind. Die Anschlussstutzen 4 und 5 weisen jeweils ein Außengewinde auf, mittels dessen eine nicht näher dargestellte Wasserzu- und Wasserableitung mit der Wasserpumpe 1 gekoppelt werden können. Das Gehäuseunterteil 2 und das Gehäuseoberteil 3 sind mittels einer Anzahl von Schrauben 6 miteinander verbunden. Weiterhin umfasst die Wasserpumpe 1 einen Kontaktanschluss 7 zur elektrischen Kontaktierung eines innerhalb des Baugruppengehäuses angeordneten (nicht näher dargestellten) Elektromotors.
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Der Kontaktanschluss 7 umfasst ein Kontaktgehäuse 8, das an einer von dem Gehäuseunterteil 2 abgewandten Oberseite 9 der Wasserpumpe 1 an dem Gehäuseoberteil 3 ausgeformt ist. Das Gehäuseoberteil 3 und das Kontaktgehäuse 8 sind in einem Spritzgießprozess einstückig aus Kunststoff gefertigt.
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Wie in 2 bis 4 dargestellt ist, sind innerhalb des Kontaktgehäuses 8 zwei Kontaktstifte 10 angeordnet, die senkrecht durch einen Kontaktgehäuseboden 11 des Kontaktgehäuses 8 hindurch ragen und die jeweils einen Anschlusskontakt bilden. Der Kontaktgehäuseboden 11 und die beiden Kontaktstifte 10 sind ringförmig geschlossen von einer (Kontaktgehäuse-)Wand 12 des Kontaktgehäuses 8 umgeben. In der Wand 12 ist außerdem ein Schnapphaken 13 zur Verrastung mit einem (in 4 näher dargestellten) Gegenkontaktstecker 14 ausgeformt.
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Die beiden Kontaktstifte 10 sind zu einem Teil ihrer Länge von jeweils einem (kreiszylindrischen) Abstandskragen 15 umgeben, der aus dem Kontaktgehäuseboden 11 ausgeformt ist und von diesem zur Oberseite 9 hin abragt. Auf einer dem Kontaktgehäuseboden 11 abgewandten Stirnseite des jeweiligen Abstandskragens 15 ist jeweils eine Anschlagfläche 16 ausgebildet. Zwischen den Anschlagflächen 16 und dem Kontaktgehäuseboden 11 ist hierbei eine als Auffangwanne 17 bezeichnete Vertiefung in dem Kontaktgehäuse 8 gebildet (in 3 angedeutet durch die Strichlinie 18).
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Die zwei Abstandskragen 15 können im Rahmen der Erfindung auch durch einen Materialsteg miteinander verbunden sein. In diesem Fall ist der Materialsteg zweckmäßigerweise gegenüber den Anschlagflächen 16 zum Kontaktgehäuseboden 11 hin abgesetzt, so dass keine direkte, d. h. gerade Verbindung entlang des Materialstegs zwischen den Kontaktstiften 10 vorhanden ist.
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Im bestimmungsgemäßen Endmontagezustand (dargestellt in 4) liegt der Gegenkontaktstecker 14 bündig auf den Anschlagflächen 16 der Kragen 15 auf. Der Gegenkontaktstecker 14 umgreift dabei die Wand 12, so dass der von der Wand 12 umrandete Innenraum des Kontaktgehäuses 8 möglichst dicht umschlossen ist. Zusätzlich trägt der Gegenkontaktstecker 14 einen Dichtring 19, der an der Wand 12 zur fluiddichten (Steck-)Verbindung des Gegenkontaktsteckers 14 mit dem Kontaktgehäuse 8 anliegt. Der Gegenkontaktstecker 14 trägt des Weiteren zwei mit den Kontaktstiften 10 korrespondierende Gegenkontakte 20, deren Enden zur Kontaktierung mit den Kontaktstiften 10 gabelförmig (oder hülsenförmig) ausgeführt sind. Die Gegenkontakte 20 sind über jeweils einen Kontaktdichtring 21 in dem Gegenkontaktstecker 14 abgedichtet.
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Für den Fall, dass trotz des Dichtrings 19 und der Kontaktdichtringe 21 Flüssigkeit in den Innenraum des Kontaktgehäuses 8 eindringt oder dort kondensiert, wird diese Flüssigkeit in der Auffangwanne 17 aufgenommen. Die Auffangwanne 17 wird dabei im bestimmungsgemäßen Endmontagezustand zur Oberseite 9 hin durch eine Stirnfläche 22 des Gegenkontaktsteckers 14 begrenzt. Mit dieser Stirnfläche 22 liegt der Gegenkontaktstecker 14 auf den Anschlagflächen 16 auf. Die in der Auffangwanne 17 angesammelte Flüssigkeit kommt somit nicht mit den Kontaktstiften 10 oder den Gegenkontakten 20 in Berührung, so dass ein Kurzschluss effektiv verhindert werden kann.
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Der Einsatz der Abstandskragen 15 ist besonders vorteilhaft bei der in 4 dargestellten Ausrichtung des Kontaktanschlusses 7, bei der die Kontaktstifte 10 in vertikaler Richtung, d. h. zur Oberseite 9 hin, ausgerichtet sind, da hierbei die Auffangwanne 17 über den gesamten Kontaktgehäuseboden 11 zur Aufnahme von Flüssigkeit zur Verfügung steht. Dennoch ist der Einsatz der Abstandskragen 15 auch bei einer liegenden, d. h. um 90° gegenüber der dargestellten Ausrichtung gekippten, Ausrichtung des Kontaktanschlusses 7, bei der die Kontaktstifte 10 in horizontaler Richtung aus dem Gehäuseoberteil 3 der Wasserpumpe 1 austreten, vorteilhaft. Ebenfalls ist der Einsatz der Abstandskragen 15 auch bei schräger Ausrichtung, bei der die Kontaktstifte 10 um weniger als 90° gekippt sind, vorteilhaft. Bei schräger oder liegender Ausrichtung des Kontaktanschlusses 7 kann die angesammelte Flüssigkeit zur Seite um die Abstandskragen 15 herum abfließen und sich in dem jeweils unteren Bereich der Auffangwanne 17 ansammeln (bei einer um 90° nach rechts gekippten Ausrichtung also im in 3 und 4 rechts dargestellten Bereich der Auffangwanne 17). Im Rahmen der Erfindung ist es dabei beispielsweise denkbar, dass die Abstandskragen 15 mit einer vergrößerten Höhe von dem Kontaktgehäuseboden 11 hervorstehen. Dadurch wird das Volumen der Auffangwanne 17 vergrößert, so dass im Vergleich zu der (in 1 bis 4 dargestellten) vertikalen Einbaulage des Kontaktanschlusses 7 sich eine vergleichbar große Flüssigkeitsmenge in dem jeweils unteren Bereich der Auffangwanne 17 ansammeln kann.
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Obwohl der Gegenstand der Erfindung aus den dargestellten Figuren besonders klar hervorgeht, ist dieser nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wasserpumpe
- 2
- Gehäuseunterteil
- 3
- Gehäuseoberteil
- 4, 5
- Anschlussstutzen
- 6
- Schraube
- 7
- Kontaktanschluss
- 8
- Kontaktgehäuse
- 9
- Oberseite
- 10
- Kontaktstift
- 11
- Kontaktgehäuseboden
- 12
- (Kontaktgehäuse-)Wand
- 13
- Schnapphaken
- 14
- Gegenkontaktstecker
- 15
- Abstandskragen
- 16
- Anschlagfläche
- 17
- Auffangwanne
- 18
- Strichlinie
- 19
- Dichtring
- 20
- Gegenkontakt
- 21
- Kontaktdichtung
- 22
- Stirnfläche
