DE102013206129A1

DE102013206129A1 - Elektrischer Steckverbinder zur Kontaktierung eines Bipolarplattenstapels einer Brennstoffzelle und Bipolarplattenstapel

Info

Publication number: DE102013206129A1
Application number: DE201310206129
Authority: DE
Inventors: Sebastian Voigt; Benno Andreas-Schott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder (1) zur Kontaktierung eines Bipolarplattenstapels (52) einer Brennstoffzelle, mit einem Steckerkörper (2), in dem wenigstens zwei sich in einer Steckrichtung (S) öffnende Kontaktkammern (4) vorgesehen sind; sowie einen Bipolarplattenstapel (52) für eine Brennstoffzelle.
Es ist vorgesehen, dass in den Kontaktkammern (4) jeweils ein in der Steckrichtung (S) auf eine Bipolarplatte (53, 54) des Bipolarplattenstapels (52) aufsteckbares Kontaktelement angeordnet ist, wobei die Kontaktelemente (5) in einer quer zur Steckrichtung (S) weisenden Breitenrichtung (B) und in einer quer zur Steckrichtung (S) und zur Breitenrichtung (B) weisenden Höhenrichtung (H) des Steckverbinders 1 zueinander versetzt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder zur Kontaktierung eines Bipolarplattenstapels einer Brennstoffzelle. Ferner betrifft die Erfindung einen Bipolarplattenstapel für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens zwei in einer Höhenrichtung aufeinander gestapelten Bipolarplatten.
Elektrische Stecker und Bipolarplattenstapel der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt. Bipolarplatten werden zur Leitung von Betriebsmedien zu Membranen der Brennstoffzellen verwendet. Zur Kontaktierung der Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels werden diese bisher mit einem Kontaktelement verlötet oder verschweißt, auf das der Steckverbinder aufgesteckt werden kann. Das Vorsehen des Kontaktelementes ist nicht nur aufwendig, sondern erhöht auch den für den Bipolarplattenstapel benötigten Bauraum. Bei vielen Anwendungen und insbesondere beim Einsatz einer Brennstoffzelle mit dem Bipolarplattenstapel in einem Kraftfahrzeug ist der Bauraum jedoch begrenzt.
Der Erfindung liegt daher nun die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder und einen Bipolarplattenstapel bereitzustellen, die eine einfach herzustellende Steckverbindung zwischen dem Steckverbinder und dem Bipolarplattenstapel ermöglichen, ohne dass der Bipolarplattenstapel einen großen Bauraum benötigt.
Für den eingangs genannten Steckverbinder wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Steckverbinder mit einem Steckerkörper ausgebildet ist, in dem wenigstens zwei sich in einer Steckrichtung öffnende Kontaktkammern vorgesehen sind, wobei in den Kontaktkammern jeweils ein in der Steckrichtung auf eine Bipolarplatten des Bipolarplattenstapel aufsteckbares Kontaktelement angeordnet ist, und wobei die Kontaktelemente in einer quer zur Steckrichtung weisenden Breitenrichtung und in einer quer zur Steckrichtung und zur Breitenrichtung weisenden Höhenrichtung des Steckverbinders zueinander versetzt angeordnet sind. Für den eingangs genannten Bipolarplattenstapel wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bipolarplatten jeweils eine sich in einer quer zur Höhenrichtung verlaufenden Steckrichtung in die Bipolarplatten hinein erstreckende Ausnehmung zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme eines Steckverbinders, insbesondere eines erfindungsgemäßen Steckverbinders, aufweisen.
Durch diese einfachen Maßnahmen kann der Steckverbinder einfach auf wenigstens zwei Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels aufgesteckt werden, wobei zumindest ein Abschnitt des Steckerkörpers in die Ausnehmung eingesteckt werden kann, so dass die Kontaktelemente die Bipolarplatten erreichen und jeweils auf eine der Bipolarplatten aufsteckbar sind. Der zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnete Steckerkörper sorgt dafür, dass der Bipolarplattenstapel selbst mit einem aufgesteckten Steckverbinder verglichen mit einem Bipolarplattenstapel mit einem angeschweißten oder aufgesteckten Kontaktelement mit einem darauf gesteckten Steckverbinder klein ist. Ferner entfällt das Aufschweißen des Kontaktelementes, so dass der erfindungsgemäße Bipolarplattenstapel einfach mit dem erfindungsgemäßen Steckverbinder zusammensteckbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und durch die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen, wobei die konstruktiven Maßnahmen und deren Wirkungen lediglich beispielhaft nur für einen Steckverbinder mit bis zu wenigstens vier Kontaktelementen beschrieben ist. Selbstverständlich kann der Steckverbinder auch mehr als vier Kontaktelemente aufweisen, so dass der Steckverbinder mit einer der Anzahl der Kontaktelemente entsprechenden Anzahl an Bipolarplatten zusammensteckbar ist. Beispielsweise kann der Steckverbinder bis zu 10, 50, 100, 200, 300, 400 oder mehr Kontaktelemente aufweisen.
So können die Kontaktkammern in der Breitenrichtung und der Höhenrichtung zueinander versetzt angeordnet sein, um die Kontaktelemente so zu positionieren, dass der Steckverbinder mit den wenigstens beiden Bipolarplatten zusammensteckbar ist.
Zumindest eine der Kontaktkammern kann an eine Seitenwand des Steckerkörpers angrenzen, wobei die Seitenwand in der Breitenrichtung durch einen sich in der Steckrichtung öffnenden Aufnahmeschlitz durchbrochen ist. Der Aufnahmeschlitz kann zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme einer der Bipolarplatten und insbesondere der mit dem benachbarten Kontaktelement zusammensteckbaren Bipolarplatte ausgebildet sein. Dabei kann der Aufnahmeschlitz in der Höhenrichtung kleiner ausgebildet sein, als die Kontaktkammer. Hierdurch ist ein Bewegen des Kontaktelements quer zur Steckrichtung und insbesondere in der Breitenrichtung aus der Kontaktkammer heraus verhindert, da den Aufnahmeschlitz parallel zur Höhenrichtung begrenzende Stege als Anschläge für das Kontaktelement dienen. Alternativ kann der Aufnahmeschlitz in der Höhenrichtung eine Höhe aufweisen, die einer Höhe der an den Aufnahmeschlitz angrenzenden Kontaktkammer entspricht, so dass die Bipolarplatte einfacher in die Kontaktkammer eingeführt werden kann, ohne dass sie mit dem Aufnahmeschlitz verkantet oder verklemmt.
Die Kontaktkammern können jeweils an unterschiedliche und insbesondere an einander gegenüberliegende Seitenwände des Steckerkörpers angrenzen, wobei die Seitenwände je angrenzender Kontaktkammer mit einem sich in der Steckrichtung öffnenden Aufnahmeschlitz versehen sein können, wobei der Aufnahmeschlitz jeweils eine der Kontaktkammern in der Breitenrichtung öffnet. Hierdurch können die Bipolarplatten jeweils einem der Kontaktelemente zugeführt und hierzu in jeweils eine der Kontaktkammern eingesetzt werden, ohne dass die Bipolarplatten mit den Seitenwänden kollidieren. Somit können die Kontaktelemente die Ausnehmung flankierende Abschnitte jeder der Bipolarplatten einfach kontaktieren. Die Seitenwände können beispielsweise parallel zueinander verlaufen oder voneinander weg weisen und sich insbesondere parallel zur Steckrichtung und zur Höhenrichtung oder parallel zur Steckrichtung und zur Breitenrichtung erstrecken.
Um drei Bipolarplatten kontaktieren zu können, kann der Steckverbinder wenigstens drei Kontaktelemente bzw. Kontaktkammern aufweisen, wobei eines der Kontaktelemente bzw. eine der Kontaktkammern in der Höhenrichtung zwischen den beiden anderen der Kontaktelemente bzw. Kontaktkammern angeordnet ist.
Abhängig vom Betriebszustand einer Brennstoffzelle können die einzelnen Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels unterschiedlich positioniert sein. Beispielsweise kann der Bipolarplattenstapel sich bei einer hohen Betriebstemperatur ausgedehnt haben, so dass im Vergleich zu einer niedrigeren Betriebstemperatur die Bipolarplatten anders angeordnet sind. Um den Steckverbinder unabhängig vom Betriebszustand der Brennstoffzelle auf die Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels aufstecken zu können, kann eine in der Steckrichtung weisende Öffnung des Aufnahmeschlitzes trichterförmig ausgebildet sein. Beispielsweise können an den Aufnahmeschlitz angrenzende Abschnitte der Seitenwand wenigstens eine Einfädelungsschräge und vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende und in der Steckrichtung voneinander weg erstreckende Einfädelungsschrägen ausbilden, so dass die zu kontaktierende Bipolarplatte und das Kontaktelement beim Aufsetzen des Steckverbinders zueinander geführt werden.
Ein in die Steckrichtung weisendes offenes Ende des Aufnahmeschlitzes kann dem Kontaktelement in der Steckrichtung zumindest abschnittsweise voreilen, um den Stecker und die zu kontaktierende Bipolarplatte zueinander zu positionieren, bevor das Kontaktelement die Bipolarplatte kontaktiert. Hierdurch wird eine Kollision der Bipolarplatte mit dem Kontaktelement und eine mögliche Beschädigung des Kontaktelements durch diese Kollision und eine folgende Fehlsteckung verhindert.
Der Stecker kann eine größere Anzahl von Kontaktelementen und insbesondere wenigstens vier Kontaktelemente aufweisen. Eine erste Gruppe der Kontaktelemente kann in der Höhenrichtung entlang einer gemeinsamen ersten Ebene und eine zweite Gruppe der Kontaktelemente in der Höhenrichtung entlang einer zweiten gemeinsamen Ebene hintereinander angeordnet bzw. ausgerichtet sein, wobei die Kontaktelemente jeder der Gruppen in der Höhenrichtung vorzugsweise einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen. Die Kontaktelemente einer der Gruppen können beispielsweise so ausgerichtet sein, dass sie jede zweite der in der Höhenrichtung aufeinander gestapelten Bipolarplatten kontaktieren können. Die Kontaktelemente der anderen Gruppe kontaktieren die zwischen diesen Bipolarplatten angeordneten Bipolarplatten, wenn der Steckverbinder auf den Bipolarplattenstapel gesteckt wird. Damit die Kontaktelemente der einzelnen Gruppen abwechselnd die aufeinander gestapelten Bipolarplatten kontaktieren können, sind die Gruppen vorzugsweise in der Höhenrichtung um die Hälfte des Abstandes der Kontaktelemente jeder der Gruppen zueinander versetzt angeordnet.
Um ein Abrutschen des Steckverbinders von den Bipolarplatten zu verhindern, kann der Steckverbinder eine am Steckerkörper vorgesehene Rasteinrichtung aufweisen, die mit einem Rastelement zur Verrastung mit einem Gegenrastelement der Bipolarplatte ausgeformt ist. Der Steckerkörper kann mit der wenigstens einen Rasteinrichtung einstückig handhabbar und insbesondere als ein Spritzgussteil ausgebildet sein. Das Rastelement kann als ein Rastvorsprung ausgebildet sein. Um den Steckverbinder möglichst kompakt ausbilden zu können, ist das Rastelement vorzugsweise als eine Rastaufnahme oder -mulde ausgebildet. Ein derartiges Rastelement weist also eine Rastaufnahme oder -mulde auf, die parallel zur Breitenrichtung in Richtung auf den Steckerkörper zurückspringt.
Um die Rastaufnahme oder -mulde einfach ausbilden zu können, kann die Rasteinrichtung so ausgeformt sein, dass sie sich zumindest abschnittsweise vom Steckerkörper wegkrümmt oder eine konkav geformte und vom Steckerkörper wegweisende Außenseite aufweist.
Sollte das Gegenrastelement der Bipolarplatte starr ausgebildet sein, ist es vorteilhaft, wenn die Rasteinrichtung zumindest abschnittsweise federelastisch verformbar oder schwenkbar und beispielsweise in Form eines federelastisch verform- oder schwenkbaren Rastarms ausgebildet ist, dessen entgegen der Steckrichtung weisendes Ende vorzugsweise am Steckerkörper befestigt ist. Das dem am Steckerkörper befestigte Ende gegenüber liegende Ende des Rastarms weist vorzugsweise in die Steckrichtung und ist elastisch in Richtung auf den Steckerkörper zu und/oder vom Steckerkörper weg auslenkbar.
Das in die Steckrichtung weisende Ende des Rastarms kann ein freies Ende sein, das schräg zur Steckrichtung und zur Höhenrichtung verlaufende Einfädelflächen aufweist. Die Einfädelflächen vereinfachen ein Einführen des Rastarms zwischen zwei in der Höhenrichtung aufeinander folgenden Bipolarplatten und verhindern ein Verhaken oder Verklemmen des Steckverbinders mit dem Bipolarplattenstapel.
Alternativ oder zusätzlich kann das freie Ende mit schräg zur Steckrichtung und zur Breitenrichtung verlaufenden Auslenkflächen versehen sein, die eine Kollision und ein folgendes Verhaken des Rastelementes mit dem Gegenrastelement verhindert, ein Aufschieben des Rastelementes auf Gegenrastelement dabei jedoch erleichtert.
Das Rastelement kann in der Höhenrichtung neben einem der Aufnahmeschlitze in der vom Rastelement wegweisenden Seitenwand angeordnet sein oder mit dem Aufnahmeschlitz in der Breitenrichtung fluchten. Beispielsweise kann eine Projektion des Aufnahmeschlitzes parallel zur Breitenrichtung das Rastelement überlappen, insbesondere können der Aufnahmeschlitz und das Rastelement in der Höhenrichtung nebeneinander bzw. auf gleicher Höhe angeordnet sein. Die mit dem Aufnahmeschlitz versehene Seitenwand kann der der Rasteinrichtung benachbarten Seitenwand gegenüberliegen. Somit ist ermöglicht, dass eine der Bipolarplatten an einer Seite der Ausnehmung von einem der Kontaktelemente kontaktiert werden und an einer anderen Seite der Ausnehmung mit dem Steckverbinder verrasten kann. Die räumliche Trennung der Funktionen Verrasten und Kontaktieren führt dazu, dass die jeweiligen Rast- und Kontaktelemente auf ihre Funktion hin optimiert ausgestaltet werden können.
Der Aufnahmeschlitz und das Rastelement können in einer gemeinsamen Kontaktebene angeordnet sein, so dass der Aufnahmeschlitz den Steckverbinder und somit auch das Rastelement beim Aufstecken auf die Bipolarplatte führen kann und das Rastelement mit Bezug auf das Gegenrastelement der Bipolarplatte positioniert.
Um eine sichere Trennung des Steckverbinders und der Bipolarplatten voneinander zu ermöglichen, ohne dass die Kontaktelemente dabei aus den Kontaktkammern rutschen, kann der Steckverbinder ein sich durch den Steckerkörper entlang der Höhenrichtung erstreckenden und zumindest eine der Kontaktkammern schneidenden Sicherungskanal zur Aufnahme einer Kontaktsicherung ausweisen. Weist das Kontaktelement einen Sicherungsvor- oder Sicherungsrücksprung auf, der sich vorzugsweise parallel zur Breitenrichtung erstreckt, so kann die in den Sicherungskanal eingesetzte Kontaktsicherung den Sicherungsvor- oder Sicherungsrücksprung hintergreifen oder in diesen eingreifen und somit ein Verschieben des Kontaktelementes in der Steckrichtung blockieren.
Der Sicherungskanal kann alle Kontaktkammern schneiden. Sollten die beiden Gruppen von Kontaktelementen und somit auch die die Kontaktelemente aufnehmenden Kontaktkammern in der Breitenrichtung jedoch so weit voneinander entfernt sein, dass eine Ausbildung eines derart breiten Sicherungskanals unvorteilhaft wäre, kann der Steckverbinder alternativ zwei Sicherungskanäle aufweisen, die jeweils unterschiedliche Gruppen von Kontaktkammern schneiden. Die beiden Sicherungskanäle können durch eine Aufnahmeöffnung im Steckerkörper miteinander verbunden sein. Die Aufnahmeöffnung kann als eine sich in oder entgegen der Höhenrichtung öffnende Vertiefung im Steckerkörper ausgebildet sein, so dass das Kontaktsicherungselement zumindest abschnittsweise auch in die Aufnahmeöffnung einsteckbar ist, wodurch sich die Abmessungen des Steckverbinders durch die Kontaktsicherung nicht oder nur geringfügig vergrößern.
Das Kontaktsicherungselement ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise komplementär zum Sicherungskanal ausgebildet und kann einen Stiftabschnitt und einen vom Stiftabschnitt quer vorspringenden Anschlagabschnitt aufweisen. Das Sicherungselement ist vorzugsweise einstückig handhabbar ausgebildet und beispielsweise als ein Spritzgussteil gefertigt. Der Anschlagabschnitt verhindert, dass das Kontaktsicherungselement zu tief in den jeweiligen Sicherungskanal eingesetzt wird und womöglich durch den Sicherungskanal hindurchgleitet. Außerdem bietet der Anschlagabschnitt die Möglichkeit, das Kontaktsicherungselement einfach zu handhaben.
Das Kontaktsicherungselement kann mit zwei Stiftabschnitten ausgebildet sein, so dass nicht zwei Kontaktsicherungselemente einzeln in die beiden Sicherungskanäle eingesetzt werden brauchen. Hierdurch verringert sich der Aufwand für die Sicherung der Position der Kontaktelemente. Die Stiftabschnitte können aneinander gegenüberliegenden Enden eines Anschlagabschnittes angeordnet sein, wobei der Anschlagabschnitt zumindest teilweise komplementär zur die Sicherungskanäle miteinander verbindenden Aufnahmeöffnung ausgebildet und somit zumindest abschnittsweise in die Aufnahmeöffnung einsetzbar ausgestaltet sein kann. Die Stiftabschnitte sind vorzugsweise parallel zueinander verlaufend angeordnet und eine Lücke zwischen den Stiftabschnitten ist durch den Anschlagabschnitt überbrückt.
Die Ausnehmungen der aufeinander gestapelten Bipolarplatten sind vorzugsweise in einer quer zur Steckrichtung und zur Höhenrichtung weisenden Breitenrichtung des Bipolarplattenstapels zueinander versetzt. Hierdurch sind die Bipolarplatten so angeordnet, dass jede zweite der Bipolarplatten jeweils mit einem Kontaktelement einer der Gruppen und die anderen der Bipolarplatten mit Kontaktelementen der anderen Gruppe kontaktierbar sind. Der für das Kontaktelement und die Kontaktkammer zur Verfügung stehende Raum in der Höhenrichtung entspricht durch die versetzte Anordnung der Ausnehmungen dem doppelten Abstand der Bipolarplatten zueinander, so dass der Steckverbinder robuster ausgestaltet und leichter auf die Bipolarplatten aufsteckbar ist.
Die Ausnehmungen können jeweils von einem ersten und einem zweiten Abschnitt der jeweiligen Bipolarplatte flankiert werden, wobei der erste Abschnitt als ein Rastabschnitt mit einem Rastelement und der zweite Abschnitt als ein Kontaktabschnitt zur Kontaktierung des Kontaktelements ausgebildet sind. Das Rastelement des Rastabschnittes ist vorzugsweise als ein Gegenrastelement für das Rastelement des Steckverbinders ausgebildet. Beispielsweise kann das Rastelement als ein parallel zur Breitenrichtung in den Rastabschnitt hinein gerichteter Rücksprung ausgebildet sein. Vorzugsweise erstreckt sich das Rastelement in der Breitenrichtung jedoch in Richtung auf den Kontaktabschnitt und stellt somit einen Rastvorsprung bereit. Der Rastvorsprung ist bevorzugt wenigstens abschnittsweise komplementär zum zurückspringenden Rastelement, also beispielsweise zur Rastaufnahme bzw. -mulde, ausgebildet und kann gewölbt ausgeformt sein. Der Rastvorsprung kann sich also in die Ausnehmung hineinwölben und zum Beispiel halb konvex ausgeformt sein. Insbesondere die gewölbte Ausformung kann ein einfaches Verrasten des Steckverbinders mit der Bipolarplatte ermöglichen, da keine am Rastelement der Bipolarplatte ausgeformten Kanten zu einem Verhaken oder Hängenbleiben der Rastelemente aneinander führen können.
Um den Kontaktabschnitt auszubilden, braucht die Form der Bipolarplatte mit Bezug auf bekannte Bipolarplatten nicht weiter geändert zu sein, wenn das Kontaktelement als ein so genannter Federkontakt ausgebildet ist. Ein Federkontakt weist zumindest eine und vorzugsweise zwei elastisch auslenkbare Verbindungslaschen oder -zungen auf, deren freie Enden in die Steckrichtung weisen und quer zur Steckrichtung voneinander weg auslenkbar sind. Das Kontaktelement kann also einfach auf den Kontaktabschnitt aufgeschoben werden und diesen in der Höhenrichtung einseitig kontaktieren oder zweiseitig umgreifen.
Der Kontaktabschnitt einer der Bipolarplatten kann in der Höhenrichtung die Ausnehmung einer anderen Bipolarplatte überlappen, so dass die Ausnehmungen von direkt hintereinander angerordneten Bipolarplatten zueinander versetzt sind. Eine derartige Anordnung der Ausnehmungen der benachbarten Bipolarplatten entspricht der wechselseitigen Anordnung der Kontaktelemente der beiden Gruppen, wobei hierdurch der Steckerkörper in der Breitenrichtung schlank ausgebildet sein kann, da die Kontaktabschnitte in den Steckerkörper und insbesondere in der Breitenrichtung durch jeweils einen Aufnahmeschlitz in eine der Kontaktkammern ragen können. In der Höhenrichtung können aufeinander folgende Bipolarplatten also aneinander gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmungen mit dem Rastabschnitt versehen sein. Die Rastabschnitte aufeinander folgender Bipolarplatten sind folglich aneinander gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmungen angeordnet.
Vorzugsweise springen die Kontaktabschnitte zweier Bipolarplatten in der Breitenrichtung von einem Rastabschnitt einer zwischen den Bipolarplatten angeordneten Bipolarplatte vor, so dass zwei in der Höhenrichtung aufeinander folgende Kontaktelemente einer der Gruppen von Kontaktelementen jeweils einen der vorspringenden Kontaktabschnitte kontaktieren können.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Steckverbinder;
4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktelements;
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenstapels;
6 den Steckverbinder des Ausführungsbeispiels der 3 in einem mit dem Bipolarplattenstapel des Ausführungsbeispiels der 5 zusammengesteckten Zustand; und
7 bis 12 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kontaktsicherungen einzeln und in einen erfindungsgemäßen Steckverbinder eingesteckt.
Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
1 zeigt einen elektrischen Steckverbinder 1 mit einem Steckerkörper 2. Der Steckerkörper 2 ist mit einem in eine Steckrichtung S weisenden Steckgesicht 3 ausgebildet, in dem sich mehrere Kontaktkammern 4 in der Steckrichtung S öffnen. In jeder der Kontaktkammern 4 ist ein Kontaktelement 5 angeordnet, das ausgebildet ist, in der Steckrichtung S mit einer Bipolarplatten eines Bipolarplattenstapels einer Brennstoffzelle kontaktiert zu werden. Die Kontaktkammern 4 erstrecken sich entgegen der Steckrichtung S vorzugsweise vollständig durch den Steckerkörper 2 und öffnen sich entgegen der Steckrichtung S, um beispielsweise die Kontaktelemente 5 mit Anschlussleitungen verbinden zu können. In einer quer zur Steckrichtung S verlaufenden Höhenrichtung H des Steckverbinders 1 sind mehrere der Kontaktkammern 4 hintereinander angeordnet. Die Kontaktkammern 4 sind dabei in zwei Gruppen 6, 7 aufgeteilt, wobei in der ersten Gruppe 6 im Ausführungsbeispiel der 1 fünf Kontaktkammern 4 in der Höhenrichtung H hintereinander angeordnet sind. Die Kontaktkammern 4 der ersten Gruppe 6 fluchten in der Höhenrichtung H vorzugsweise miteinander, so dass auch die in den Kontaktkammern 4 angeordneten Kontaktelemente 5 der ersten Gruppe 6 alle in der Höhenrichtung H hintereinander angeordnet sind. Fünf weitere Kontaktkammern 4 der zweiten Gruppe 7 des Steckverbinders 1 des Ausführungsbeispiels der 1 sind ebenfalls in der Höhenrichtung H hintereinander ausgerichtet, wobei die Kontaktkammern 4 der ersten Gruppe 6 und die Kontaktkammern 4 der zweiten Gruppe 7 in einer quer zur Steckrichtung S und zur Höhenrichtung H weisenden Breitenrichtung B des Steckverbinders 1 beabstandet voneinander angeordnet sind.
Die Kontaktkammern 4 jeder der ersten und der zweiten Gruppe 6, 7 sind zur jeweils in der Höhenrichtung H folgenden Kontaktkammer 4 in einem Abstand 8 angeordnet. Die Kontaktkammern 4 der ersten Gruppe 6 sind dabei vorzugsweise zu den Kontaktkammern 4 der zweiten Gruppe 7 in der Höhenrichtung H versetzt ausgebildet. Ein Versatz 9 zwischen den Kontaktkammern 4 der ersten Gruppe 6 und der zweiten Gruppe 7 beträgt in der Höhenrichtung H vorzugsweise die Hälfte des Abstandes 8.
In der Breitenrichtung B zwischen der ersten Gruppe 6 und der zweiten Gruppe 7 ist der Steckerkörper 2 mit einer Mittenwand 10 versehen, welche die Kontaktkammern 4 der beiden Gruppen 6, 7 voneinander trennt und den Steckerkörper 2 im Bereich der Kontaktkammern 4 formstabil ausbildet.
Von der Mittenwand 10 erstrecken sich in und entgegen der Breitenrichtung B Trennböden 11, welche die Kontaktkammern 4 jeder der Gruppen 6, 7 voneinander in der Höhenrichtung H trennen. Die Trennböden 11 verbinden die Mittenwand 10 mit Seitenwänden 12, 13 des Steckerkörpers 2. Die Seitenwände 12, 13 sind parallel zur Steckrichtung S und zur Höhenrichtung H ausgebildet. Parallel zur Steckrichtung S und zur Breitenrichtung B weist der Steckerkörper 2 eine Unterseite 14 und eine Oberseite 15 auf, welche die Seitenwände 12, 13 miteinander verbinden.
Die wechselseitig an der Mittenwand 10 angeordneten Trennböden 11 weisen, wie die Kontaktkammern 4, in der Höhenrichtung H den Versatz 9 auf. Dabei sind die jeweils an einer Seite der Mittenwand 10 vorgesehenen Trennböden 11 mit dem Abstand 8 zueinander angeordnet und zu den Trennböden 11 auf der jeweils anderen Seite der Mittenwand 10 um den Versatz 9 versetzt.
Die Trennböden 11 können an ihren in die Steckrichtung S weisenden Enden entgegen der Steckrichtung S eine zunehmende Stärke bzw. Dicke 16 aufweisen und hierdurch Einfädelschrägen 17 für eine Bipolarplatte ausbilden. Insbesondere zwei eine der Kontaktkammern 4 parallel zur Höhenrichtung H begrenzende Trennböden 11 können eine in der Steckrichtung S weisende Öffnung 18 der jeweiligen Kontaktkammer 4 trichterförmig ausbilden, so dass die Kontaktkammer 4 bei einem Aufstecken des Steckverbinders 1 in der Steckrichtung S auf die Bipolarplatte durch die Einfädelschrägen 17 geführt und positioniert werden kann. Jede der Kontaktkammern 4 kann mit einer trichterförmigen Öffnung 18 ausgebildet sein, so dass auch Bipolarplatten, die außerhalb einer Sollposition angeordnet sind, sicher mit dem Steckverbinder 1 kontaktierbar sind.
Im Bereich jeder der Kontaktkammern 4 sind die Seitenwände 12, 13 vorzugsweise mit einem Aufnahmeschlitz 20 zur zumindest teilweisen Aufnahme der Bipolarplatte ausgebildet. Um die Bipolarplatte aufnehmen zu können, öffnet sich der Aufnahmeschlitz 20 in der Steckrichtung S. Parallel zur Breitenrichtung B erstreckt sich der Aufnahmeschlitz 20 vollständig durch die jeweilige Seitenwand 12, 13, so dass die in die Kontaktkammer 4 ragende Bipolarplatte sich parallel zur Breitenrichtung B aus der Kontaktkammer 4 heraus erstrecken kann. Somit kann die Bipolarplatte einfach mit dem Steckverbinder 1 kontaktiert werden, ohne dass die Bipolarplatte hierzu mit jeweils in eine der Kontaktkammern 4 einsetzbare Kontaktstreifen versehen werden muss. Auch der Aufnahmeschlitz 20 ist mit einer sich in der Steckrichtung S öffnenden Öffnung 18‘ versehen, die trichterförmig ausgestaltet sein kann. Die Öffnungen 18, 18‘ sind vorzugsweise identisch ausgebildet, so dass sie die Bipolarplatte relativ zum Kontaktelement 5 positionieren können, wenn der Steckverbinder 1 auf die Bipolarplatte aufgesteckt wird.
Das Kontaktelement 5 kann entgegen der Steckrichtung S hinter zumindest einer der Öffnungen 18, 18‘ angeordnet sein, so dass die Bipolarplatte bei einem Steckvorgang zunächst eine der Öffnungen 18, 18‘ erreicht und dort vorpositioniert wird, bevor die Bipolarplatte das Kontaktelement 5 kontaktiert. Durch die Vorpositionierung der Bipolarplatte relativ zum Kontaktelement 5 werden Fehlsteckungen und Schädigungen des Kontaktelementes 5 verhindert.
Ein entgegen der Steckrichtung S weisendes Ende 21 des Aufnahmeschlitzes 20 begrenzt eine Einstecktiefe der Bipolarplatte in die Kontaktkammer 4. Jede der Kontaktkammern 4 kann an einen der Aufnahmeschlitze 20 angrenzen, so dass jede der Kontaktkammern 4 auf jeweils eine Bipolarplatte aufgesteckt werden kann.
Um zu verhindern, dass sich eine Steckverbindung aus dem Steckverbinder 1 und der Bipolarplatte löst, weist der Steckverbinder 1 vorzugsweise zumindest eine Rasteinrichtung 22 auf, welche die Steckverbindung gegen ein ungewolltes Lösen sichert. Die wenigstens eine Rasteinrichtung 22 ist beispielsweise an der Seitenwand 12 angeordnet, so dass die Rasteinrichtung 22 mit einem Rastelement der zu kontaktierenden Bipolarplatte verrastbar ist.
Im Ausführungsbeispiel der 1 weist die Rasteinrichtung 22 einen Rastarm 23 auf, dessen entgegen der Steckrichtung S weisendes Ende als ein festes Ende 24 an der Seitenwand 12 befestigt ist. Ein in die Steckrichtung S weisendes und dem festen Ende 24 gegenüberliegendes Ende des Rastarms 23 ist als ein freies Ende 25 ausgebildet, das zumindest in oder entgegen der Breitenrichtung B elastisch auslenkbar ist.
Das freie Ende 25 weist zumindest eine schräg zur Steckrichtung S und zur Höhenrichtung H verlaufende Einfädelfläche 26 auf, die ein Verklemmen der Rasteinrichtung 22 mit der zu kontaktierenden Bipolarplatte verhindert. Insbesondere kann das freie Ende zwei Einfädelflächen 26, 27 aufweisen, die einander gegenüberliegend und in der Steckrichtung S aufeinander zu verlaufend angeordnet sind. Ferner kann das freie Ende 25 mit einer Auslenkfläche 28 ausgebildet sein, die beispielsweise schräg zur Steckrichtung S und zur Breitenrichtung B und insbesondere in der Steckrichtung S auf den Steckerkörper 2 zu verläuft und die bei einem Steckvorgang den Rastarm 23 aus der dargestellten Ruheposition in Richtung auf den Steckerkörper 2 zu auslenkt.
Die Rasteinrichtung 22 weist ein Rastelement 29 auf, das ausgebildet ist, mit einem Gegenrastelement der Bipolarplatte eine Rastverbindung einzugehen. Beispielsweise kann das Rastelement 29 parallel zur Breitenrichtung B vom Rastarm 23 in Richtung weg zum Steckerkörper 2 vorspringen, also ein Rastvorsprung sein. Um den Steckverbinder 1 möglichst schlank auszubilden, ist das Rastelement 29 des Ausführungsbeispiels der 1 jedoch als ein sich parallel zur Breitenrichtung B und weg vom Steckerkörper 2 öffnender Rastschacht ausgebildet. Der Rastschacht des Ausführungsbeispiels der 1 erstreckt sich parallel zur Breitenrichtung B vollständig durch den Rastarm 23 und ist parallel zur Höhenrichtung H und zur Steckrichtung S durch den Rastarm 23 begrenzt. Alternativ kann der Rastschacht auch in Richtung auf den Steckerkörper 2 geschlossen, also als ein Sackloch, ausgebildet sein.
Die Rasteinrichtung 22 kann mit mehreren Rastarmen 23 und beispielsweise mit vier Rastarmen 23 ausgebildet sein, die jeweils am festen Ende 24 befestigt sind und die einzeln oder gemeinsam elastisch auslenkbar sind. Die Anzahl der Rastarme 23 ist insbesondere um den Betrag eins geringer als die Anzahl der Kontaktkammern 4 einer der Gruppen 6, 7. Jeder der Rastarme 23 ist vorzugsweise in der Höhenrichtung H zwischen den beiden Aufnahmeschlitzen 20 zweier in der Höhenrichtung H aufeinander folgender Kontaktkammern 4 der benachbart zur Rasteinrichtung 22 angeordneten Gruppe der beiden Gruppen 6, 7 angeordnet. Dadurch kann sich die mit einem der Kontaktelemente 5 der in der Höhenrichtung H aufeinander folgenden Kontaktkammern 4 zu kontaktierende Bipolarplatte parallel zur Breitenrichtung B durch den Aufnahmeschlitz 20 erstrecken, ohne dass sie gegen eine Innenseite 30 der Rasteinrichtung 22 und insbesondere gegen einen der Rastarme 23 stößt.
Um eine möglichst stabile Rastverbindung herstellen zu können, kann der Steckverbinder 1 außer der Rasteinrichtung 22 noch eine weitere Rasteinrichtung 33 aufweisen, die an der der Seitenwand 12 gegenüberliegenden Seitenwand 13 angeordnet ist. Die Rasteinrichtungen 22, 33 können im Wesentlichen identisch aufgebaut und bezüglich der Mittenwand 10 spiegelsymmetrisch angeordnet sein.
Parallel zur Breitenrichtung B erstreckt sich ein Aufnahmekanal 31 für die Bipolarplatte durch den Steckverbinder 1, wobei sich der Aufnahmekanal 31 in der Breitenrichtung B durch den Aufnahmeschlitz 20 und eine zwischen benachbart zueinander angeordneten Rastarmen 23 erstreckende und in der Steckrichtung 5 öffnende Aufnahmebucht 32 erstreckt.
Eine Projektion der Aufnahmebucht 32 parallel zur Breitenrichtung B überlappt also den Aufnahmeschlitz 20 der benachbarten Kontaktkammer 4. Ferner überlappt die Projektion der Aufnahmebucht 32 einen der Rastarme 23 der an der von der Rasteinrichtung 22 weg weisenden Seitenwand 13 vorgesehenen Rasteinrichtung 33.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckverbinders schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
2 zeigt den elektrischen Steckverbinder 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Die Aufnahmeschlitze 20 erstrecken sich in der Höhenrichtung H bis zu einer Oberseite 34 und einer Unterseite 35 der jeweiligen Kontaktkammer 4, wobei das entgegen der Steckrichtung S weisende Ende 21 der Aufnahmeschlitze 20 nicht wie im Ausführungsbeispiel der 1 eben und sich parallel zur Höhenrichtung H und zur Breitenrichtung B erstreckend, sondern verrundet ausgebildet ist.
Die Rasteinrichtungen 22, 33 sind wiederum an den Seitenwänden 12, 13 vorgesehen, unterscheiden sich jedoch in ihrer Struktur von den Rasteinrichtungen 22, 33 des Ausführungsbeispiels der 1. Zwar weisen die Rasteinrichtungen 22, 33 wie die Rasteinrichtungen 22, 33 der 1 mehrere Rastarme 23 auf, die wie die Rastarme 23 des Ausführungsbeispiels der 1 angeordnet sind. Auch die freien Enden 25 entsprechen im Wesentlichen den freien Enden 25 des Ausführungsbeispiels der 1. Die Rastelemente 29 der Rasteinrichtung 22, 33 des Ausführungsbeispiels der 2 sind jedoch anders ausgebildet als die Rastelemente 29 der Rasteinrichtung 22, 33 des Ausführungsbeispiels der 1. So sind die Rastelemente 29 als in Richtung auf den Steckerkörper 2 zurückspringende Rastaufnahmen ausgebildet, die in der Höhenrichtung H nicht verschlossen sind. Aufgrund der als Rastrücksprung ausgebildeten Rastelemente 29 sind die freien Enden 25 der Rastarme 23 rasthakenförmig und mit einer parallel zur Höhenrichtung H und Breitenrichtung B verlaufenden und entgegen der Steckrichtung S weisenden Rast- bzw. Haltefläche 36 ausgebildet.
3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Perspektivansicht, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eingegangen.
Die Kontaktkammern 4 und die Aufnahmeschlitze 20 des Steckerkörpers 2 des Ausführungsbeispiels der 3 entsprechen im Wesentlichen den Kontaktkammern 4 und den Aufnahmeschlitzen 20 des Steckerkörpers 2 des Ausführungsbeispiels der 1. Der elektrische Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 3 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 1 durch die Ausgestaltung der Rasteinrichtungen 22, 33 sowie durch einen sich entgegen der Höhenrichtung H in den Steckerkörper 2 hinein erstreckenden Sicherungskanal 37 zur Aufnahme einer Kontaktsicherung für die Kontaktelemente 5.
Der Sicherungskanal 37 oder -schacht erstreckt sich entgegen der Höhenrichtung H in den Steckerkörper 2 und ist vorzugsweise so angeordnet, dass eine Projektion der Mittenwand 10 entgegen der Steckrichtung S den Sicherungskanal 37 mittig schneidet. Eine sich parallel zur Breitenrichtung B erstreckende Länge L des Sicherungskanals 37 ist im Ausführungsbeispiel der 3 so bemessen, dass sich der Sicherungskanal 37 durch Kontaktkammern 4 beider Gruppen 6, 7 von Kontaktkammern 4 erstreckt. Der Sicherungskanal 37 schneidet die Kontaktkammern 4 zumindest teilweise, so dass ein in den Sicherungskanal 37 eingesetztes Kontaktsicherungselement in den Kontaktelementen 5 optional vorgesehene Sicherungselemente in der Steckrichtung S hintergreift bzw. überlappt und somit ein Verschieben der Kontaktelemente 5 zumindest in der Steckrichtung S verhindert.
Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist das feste Ende 24 der Rasteinrichtungen 22, 33 nicht parallel zur Steckrichtung S beabstandet vom Ende 21 der Aufnahmeschlitze 20 angeordnet. Das feste Ende 24 des Ausführungsbeispiels der 3 ist vielmehr in der Steckrichtung hinter dem Ende 21 des Aufnahmekanals angeordnet, wodurch die Rastarme 23 des Ausführungsbeispiels der 3 kürzer ausgebildet sind, als die Rastarme 23 der Ausführungsbeispiele der 1 und 2. Kürzere Rastarme 23 ermöglichen die Erzeugung höherer Rastkräfte, da kürzere Rastarme 23 oftmals höhere Kräfte erfordern, um die Rastarme 23 elastisch in Richtung auf den Steckerkörper 2 auszulenken.
Die Rastelemente 29 sind im Ausführungsbeispiel der 3 als Rastmulden bzw. -senken ausgebildet, die sich in Richtung auf den Steckerkörper 2 in die Rastarme 23 hinein wölben und weg vom Steckerkörper 2 öffnen. Beispielsweise können die Rastarme 23 sich in der Steckrichtung S zumindest Abschnittsweise weg vom Steckerkörper krümmen, um die Rastmulden auszubilden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 sind die Rastarme jedoch zur Ausbildung der Rastmulden bzw. -senken auf ihren vom Steckerkörper 2 weg weisenden Außenseiten konkav ausgebildet.
4 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes 5 in einer Perspektivansicht, wobei das Kontaktelement 5 bisher nur teilweise im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt ist.
Das Kontaktelement 5 ist als ein Federkontakt mit wenigstens einer und wie im Ausführungsbeispiel der 4 gezeigt insbesondere zwei federelastischen Kontaktlaschen bzw. -zungen 38, 39 ausgestaltet. Freie Enden 40, 41 der Kontaktlaschen 38, 39 formen eine sich in der Steckrichtung S weitende Kontaktöffnung 41 aus, um die zu kontaktierende Bipolarplatte einfangen zu können und an einem Vorbeigleiten am Kontaktelement 5 zu hindern.
Im Bereich eines Grundes 43 der trichterförmigen Kontaktöffnung 42 liegen die Kontaktlaschen 38, 39 vorzugsweise federelastisch gegeneinander gedrückt aneinander an.
Das Kontaktelement 5 ist mit einem ersten Sicherungselement 44 ausgebildet, das beispielsweise als eine Sicherungslasche ausgeformt ist und sich entgegen der Steckrichtung S erstreckt und dabei verkippt zur Steckrichtung S verläuft. Ein festes Ende 45 des Sicherungselementes 44 ist an einer die Kontaktlaschen 38, 39 aneinander befestigenden Kontaktlaschenbrücke 46 fixiert. Ein vom festen Ende 45 weg weisendes freies Ende 47 des ersten Sicherungselementes 44 weist entgegen der Steckrichtung S und springt entgegen der Breitenrichtung B von einem in der Steckrichtung S vor der Kontaktöffnung 42 angeordneten Kontaktierungsabschnitt 48 zur Kontaktierung des Kontaktelementes 5 mit einem Leiter vor. Der Kontaktierungsabschnitt 48 bildet beispielsweise ein entgegen der Steckrichtung S weisendes Ende des Kontaktelementes 5 und kann als ein Krimpabschnitt zum Ausbilden einer Krimpverbindung mit einem elektrischen Leiter ausgestaltet sein.
Das erste Sicherungselement 44 sichert das Kontaktelement 5 gegen ein Herausziehen aus der Kontaktkammer 4 entgegen der Steckrichtung S, beispielsweise wenn der Steckverbinder 1 an einem mit dem Kontaktelement 5 verbundenem Leiter von der Bipolarplatte abgezogen wird. Um zu verhindern, dass das Kontaktelement 5 beim Trennen des Steckverbinders 1 von der Bipolarplatte aus dem Steckerkörper 2 in der Steckrichtung S herausgezogen wird, ist das Kontaktelement 5 mit einem zweiten Sicherungselement 49 ausgebildet, das mit einem im Sicherungskanal 37 angeordneten Kontaktsicherungselement interagiert. Beispielsweise kann das zweite Sicherungselement 49 als ein in der Breitenrichtung B vorspringender Sicherungsvorsprung ausgebildet sein, der in einem Sicherungsrücksprung des Kontaktsicherungselementes eingreift. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist das zweite Sicherungselement 49 jedoch als ein Sicherungsrücksprung ausgeformt, in den das im Sicherungskanal 37 angeordnete Kontaktsicherungselement eingreift. Insbesondere weist das zweite Sicherungselement 49 eine wenigstens teilweise in die Steckrichtung S weisende Sicherungsfläche 50 auf, die in einem zusammengesetzten Zustand des Steckverbinders 1 in der Steckrichtung S direkt vor dem Kontaktsicherungselement angeordnet ist. Das Kontaktelement 5 weist ein weiteres Sicherungselement 51 auf, wobei die Sicherungselemente 49, 51 vorzugsweise identisch ausgebildet sind und in der Höhenrichtung H miteinander fluchten, so dass das Kontaktsicherungselement entgegen der Höhenrichtung H in die beiden Sicherungselemente 49, 51 eingreifen kann, sich der Sicherungskanal 37 also im zusammengesetzten Zustand des Steckverbinders 1 durch die Sicherungselemente 49, 51 erstreckt.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenstapels schematisch in einer Perspektivansicht.
Der Bipolarplattenstapel 52 weist mehrere sich parallel zur Steckrichtung S und zur Breitenrichtung B erstreckende und in der Höhenrichtung H aufeinander gestapelte Bipolarplatten 53, 54 auf. Bipolarplatten 53, 54 werden in Brennstoffzellen verwendet, um Betriebsmedien, beispielsweise Wasserstoff und Luft, zu einer Membran der Brennstoffzelle zu leiten. Membrane der Brennstoffzelle sowie andere Elemente der Brennstoffzelle sind im Ausführungsbeispiel der 5 der Einfachheit halber nicht gezeigt.
Die Bipolarplatten 53, 54 sind jeweils mit einer Ausnehmung 55, 56 versehen, die sich in der Steckrichtung S in die jeweilige Bipolarplatte 53, 54 erstreckt. Die Ausnehmungen 55, 56 dienen zur zumindest Abschnittsweise Aufnahme des Steckerkörpers 2 und weisen in der Steckrichtung S eine Tiefe T auf, die ein zumindest Abschnittsweise Einstecken des Steckerkörpers 2 in die Ausnehmungen 55, 56 ermöglicht. Eine sich in der Breitenrichtung B erstreckende lichte Weite W jeder der Bipolarplatten 53, 54 ist vorzugsweise kleiner als eine Breite des Steckverbinders 1 parallel zur Breitenrichtung B. Beispielsweise ist die lichte Weite W so bemessen, dass die Mittelwand 10 in einem zusammengesteckten Zustand des Steckverbinders 1 und des Bipolarplattenstapels 52 an einer sich parallel zur Steckrichtung S erstreckenden und die Ausnehmung 55, 56 parallel zur Breitenrichtung B begrenzenden Seite der Bipolarplatten 53, 54 anliegt. An einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite der Bipolarplatten 53, 54 liegt im zusammengesetzten Zustand eine der Rasteinrichtungen 22, 33 an, wobei die Rastarme 23 dieser Rasteinrichtung 22, 33 vorzugsweise elastisch in Richtung auf den Steckerkörper 2 gedrückt sind.
Die beiden Abschnitte der Bipolarplatten 53, 54, die die Ausnehmungen 55, 56 in und entgegen der Breitenrichtung B begrenzen und parallel zur Steckrichtung S flankieren, können als ein Kontaktabschnitt 57 bzw. als ein Rastabschnitt 58 ausgebildet sein. Der Rastabschnitt 58 ist mit einem Rastelement 59 versehen, das vorzugsweise als ein Gegenrastelement für eines der Rastelemente 29 einer der Rasteinrichtungen 22, 33 ausgebildet ist. Das Rastelement 59 ist beispielsweise als ein sich vom Kontaktabschnitt 57 parallel zur Breitenrichtung B weg erstreckender Rastrücksprung ausgebildet, der im Rastabschnitt 58 eine Rastmulde ausformen kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 ist das Rastelement 59 als ein sich in Richtung auf den Kontaktabschnitt 57 vorspringender Rastvorsprung, der sich entgegen der Steckrichtung S zunächst auf den Kontaktabschnitt 57 zu wölbt, um sich nach einer maximalen Annäherung an den Kontaktabschnitt 57 in der Breitenrichtung B wieder weg zuwölben. Vorzugsweise entspricht der Abstand A des Kontaktabschnittes 57 zum Rastabschnitt 58 parallel zur Breitenrichtung B an einem entgegen der Steckrichtung S weisenden offenen Ende der Ausnehmungen 55, 56 der lichten Weite W oder ist geringfügig größer als die lichte Weise W.
Die Ausnehmungen 55, 56 des Bipolarplattenstapels 52 sind parallel zur Breitenrichtung B versetzt zueinander angeordnet. Insbesondere überlappen Kontaktabschnitte 57 der Bipolarplatten 54 Ausnehmungen 56 von in der Höhenrichtung H direkt vor und/oder hinter den Bipolarplatten 54 angeordneten Bipolarplatten 53. Ferner sind die Kontaktabschnitte 57 von in der Höhenrichtung H aufeinander folgenden Bipolarplatten 53, 54 einander gegenüberliegend angeordnet, so dass in der Höhenrichtung H aufeinanderfolgende Bipolarplatten an einander gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmungen 55, 56 mit dem Rastabschnitt 58 versehen sind.
Dadurch, dass die Kontaktabschnitte 57 parallel zur Breitenrichtung B in die Ausnehmungen 55, 56 der in der Höhenrichtung H benachbarten Bipolarplatten 53, 54 vorspringen, ist eine lichte Weite W’ des Bipolarplattenstapels 52 kleiner als die lichte Weite W der einzelnen Ausnehmungen 55, 56. Die lichte Weite W’ ist parallel zur Breitenrichtung B insbesondere so bemessen, dass die Mittenwand 10 ohne weiteres aufgenommen und durch die einander gegenüberliegend angeordneten Kontaktabschnitte 57 der Bipolarplatten 53, 54 geführt werden kann. Die Kontaktabschnitte 57 begrenzen also in der Breitenrichtung B ein beispielsweise kastenförmiges Aufnahmevolumen 60 für die Mittenwand 10.
6 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steckverbindung mit dem Steckverbinder 1 und dem Bipolarplattenstapel 52 in einer Perspektivansicht.
Der Steckverbinder 1 ist in der Steckrichtung S mit den Bipolarplatten 53, 54 die Steckverbindung V ausbildend kontaktiert. Die Steckverbindung V weist also einen erfindungsgemäßen Steckverbinder 1 und einen erfindungsgemäßen Bipolarplattenstapel 52 auf. Der Steckerkörper 2 ragt zumindest abschnittsweise in die Ausnehmungen 55, 56 und das durch die Ausnehmungen 55, 56 gebildete Aufnahmevolumen 60. Der beispielhaft mit dem Bipolarplattenstapel 52 kontaktierte Steckverbinder 1 entspricht im Wesentlichen dem Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 3, wobei der Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 6 ohne den Sicherungskanal 37 zur Sicherung der Kontaktelemente 5 ausgebildet ist.
Die Kontaktelemente 5 der ersten Gruppe 6 kontaktieren die vergleichbar mit der Bipolarplatte 54 angeordneten Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels 52. Die Kontaktelement 5 der zweiten Gruppe 7 kontaktieren die entsprechend der Bipolarplatte 53 angeordneten Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels 52. Die Rasteinrichtung 22 ist mit den Rastelementen 59 der Rastabschnitte 58 der entsprechend der Bipolarplatte 54 angeordneten Bipolarplatten verrastet. Die Rasteinrichtung 33 ist mit den Rastelementen 59 der Rastabschnitt 58 der entsprechend der Bipolarplatte 53 angeordneten Bipolarplatten des Bipolarplattenstapels 52 verrastet.
7, 9 und 11 zeigen schematisch und in Perspektivansichten Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kontaktsicherungselementen zur Sicherung der Kontaktelemente 5 gegen ein Entfernen aus den Kontaktkammern 4 in der Steckrichtung S. 8, 10 und 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele elektrischer Steckverbinder 1 in schematischen Perspektivansichten, wobei in die Steckverbinder 1 jeweils eines der Kontaktsicherungselemente der Ausführungsbeispiele der 7, 9 und 11 eingesetzt ist.
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktsicherungselementes 61 perspektivisch in einer schematischen Darstellung. Das Kontaktsicherungselement 61 ist mit zwei sich entgegen der Höhenrichtung und parallel zueinander erstreckenden Sicherungsstiften 62, 63 ausgebildet. Die Sicherungsstifte 62, 63 sind ausgeschaltet, um in den Sicherungskanal 37 oder jeweils in einen Sicherungskanal 37 eingesetzt zu werden. Die Sicherungsstifte 62, 63 sind in der Höhenrichtung H an einem Anschlagabschnitt 64 fixiert, so dass das Sicherungselement 61 einstückig handhabbar ist.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Steckverbinders 1, wobei der dargestellte Steckverbinder 1 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 3 entspricht.
Im Gegensatz zum in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Steckverbinders 1 weist der Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 8 jedoch zwei Sicherungskanäle 37 auf, die jeweils Kontaktkammern 4 einer der Gruppen 6, 7 schneiden. Die Sicherungsstifte 62, 63 sind jeweils in einen der Sicherungskanäle 37 eingesteckt und sichern somit die Kontaktelemente 5 gegen ein ungewolltes Entfernen aus dem Steckerkörper 2 in der Steckrichtung S. Der Anschlagabschnitt 64 liegt mit einer Anschlagfläche 65 zumindest teilweise an der Oberseite 15 des Steckerkörpers 2 an, und zeigt somit an, dass das Sicherungselement 61 ausreichend weit entgegen der Höhenrichtung H in die Sicherungskanäle 37 eingesetzt ist. Die Anschlagfläche 65 erstreckt sich zwischen den Sicherungsstiften 62, 63 und weist entgegen der Höhenrichtung H. Der Anschlagabschnitt 64 kann also auch als ein Indikatorabschnitt bezeichnet werden.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselementes 61, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.
Das Sicherungselement 61 weist lediglich einen Sicherungsstift 62 auf, wobei der Sicherungsstift 62 in der Breite der Richtung B eine größere Ausdehnung hat als in der Steckrichtung S. Der sich in der Höhenrichtung H an den Sicherungsstift 62 anschließende Anschlagabschnitt 64 ragt in der Breitenrichtung B und in der Steckrichtung S vom Sicherungsstift 62 vor. Der vom Sicherungsstift 62 in der Breitenrichtung B und der Steckrichtung S vorspringende Anschlagabschnitt 64 bildet die Anschlagfläche 65 aus.
10 zeigt den Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 3 mit dem Sicherungselement 61 des Ausführungsbeispiels der 9.
Das Sicherungselement 61 ist entgegen der Höhenrichtung H in den Sicherungskanal 37 eingesetzt, sodass der Sicherungsstift 62 in alle Kontaktkammern 4 der beiden Gruppen 6, 7 ragt. Die Anschlagfläche 65 liegt zumindest teilweise an der Oberseite 15 des Steckerkörpers 2 an, wodurch angezeigt ist, dass das Sicherungselement 61 ausreichend tief und insbesondere mit einer maximalen Einstecktiefe entgegen der Höhenrichtung H in den Sicherungskanal 37 eingesteckt ist.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselements. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.
In 11 sind zwei Sicherungselemente 61 gezeigt, die jeweils mit einem Sicherungsstift 62 und einem Anschlagabschnitt 64 ausgebildet sind. Wie die Sicherungsstifte 62, 63 des Ausführungsbeispiels der 7 weisen die Sicherungsstifte 62 in einer von der Steckrichtung S und der Breitenrichtung B aufgespannten Ebene kreisförmige Querschnitte auf und erstrecken sich parallel zur Höhenrichtung H. In der Höhenrichtung H enden die Sicherungsstifte 62 am Anschlagabschnitt 64, der in der Steckrichtung S und in der Breitenrichtung B die entgegen der Höhenrichtung H weisende Anschlagfläche 65 ausformt.
12 zeigt den Steckverbinder 1 des Ausführungsbeispiels der 8 mit den Sicherungselementen 61 des Ausführungsbeispiels der 11.
Die Sicherungselemente 61 sind entgegen der Höhenrichtung H in die Sicherungskanäle 37 eingesetzt, sodass die Sicherungsstifte 62 jeweils in alle Kontaktkammern 4 einer der beiden Gruppen 6, 7 ragen. Die Anschlagflächen 65 liegen zumindest teilweise an der Oberseite 15 des Steckerkörpers 2 an, wodurch angezeigt ist, dass die Sicherungselemente 61 ausreichend tief und insbesondere mit einer maximal möglichen Einstecktiefe entgegen der Höhenrichtung H in den Sicherungskanal 37 eingesteckt sind.
Bezugszeichenliste

1: Steckverbinder
2: Steckerkörper
3: Steckgesicht
4: Kontaktkammer
5: Kontaktelement
6: erste Gruppe
7: zweite Gruppe
8: Abstand
9: Versatz
10: Mittenwand
11: Trennböden
12, 13: Seitenwand
14: Unterseite
15: Oberseite
16: Dicke der Trennböden
17: Einfädelschrägen der Trennböden
18, 18‘: Öffnungen der Kontaktkammer
20: Aufnahmeschlitz
21: geschlossenes Ende des Aufnahmeschlitzes
22: Rasteinrichtung
23: Rastarm
24: festes Ende des Rastarms
25: freies Ende des Rastarms
26, 27: Einfädelflächen des freien Endes des Rastarms
28: Auslenkfläche des freien Endes des Rastarms
29: Rastelement
30: Innenseite der Rasteinrichtung
31: Aufnahmekanal
32: Aufnahmebucht
33: Rasteinrichtung
34: Oberseite der Kontaktkammer
35: Unterseite der Kontaktkammer
36: Haltefläche
37: Sicherungskanal
38, 39: Kontaktlaschen des Kontaktelementes
40, 41: freie Enden der Kontaktlaschen des Kontaktelementes
42: Kontaktöffnung des Kontaktelementes
43: Grund der Kontaktöffnung des Kontaktelementes
44: Sicherungselement des Kontaktelementes
45: festes Ende des Sicherungselementes des Kontaktelementes
46: Kontaktlaschenbrücke des Kontaktelementes
47: freies Ende des Sicherungselementes des Kontaktelementes
48: Kontaktierungsabschnitt
49: zweites Sicherungselement des Kontaktelementes
50: Sicherungsfläche des zweiten Sicherungselements
51: zweites Sicherungselement des Kontaktelementes
52: Bipolarplattenstapel
53, 54: Bipolarplatte
55, 56: Ausnehmung
57: Kontaktabschnitt der Bipolarplatte
58: Rastabschnitt der Bipolarplatte
59: Rastelement des Rastabschnitts
60: Aufnahmevolumen
61: Kontaktsicherungselement
62, 63: Sicherungsstift
64: Anschlagabschnitt
65: Anschlagfläche
A: Abstand
B: Breitenrichtung des Steckverbinders
H: Höhenrichtung des Steckverbinders
L: Länge des Sicherungskanals
S: Steckrichtung des Steckverbinders
T: Tiefe der Ausnehmung
V: Steckverbindung
W, W’: lichte Weite der Ausnehmung

Claims

Elektrischer Steckverbinder (1) zur Kontaktierung eines Bipolarplattenstapels (52) einer Brennstoffzelle, mit einem Steckerkörper (2), in dem wenigstens zwei sich in einer Steckrichtung (S) öffnende Kontaktkammern (4) vorgesehen sind, wobei in den Kontaktkammern (4) jeweils ein in der Steckrichtung (S) auf eine Bipolarplatte (53, 54) des Bipolarplattenstapels (52) aufsteckbares Kontaktelement (5) angeordnet ist, und wobei die Kontaktelemente (5) in einer quer zur Steckrichtung (S) weisenden Breitenrichtung (B) und in einer quer zur Steckrichtung (S) und zur Breitenrichtung (B) weisenden Höhenrichtung (H) des Steckverbinders 1 zueinander versetzt angeordnet sind.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kontaktkammern (4) an eine Seitenwand (12, 13) des Steckerkörpers (2) angrenzt, wobei die Seitenwand (12, 13) in der Breitenrichtung (B) durch einen sich in der Steckrichtung (S) öffnenden Aufnahmeschlitz (20) durchbrochen ist.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (1) wenigstens vier Kontaktkammern (4) aufweist, wobei eine erste Gruppe (6) der Kontaktkammern (4) in der Höhenrichtung (H) entlang einer ersten gemeinsamen Ebene und eine zweite Gruppe (7) der Kontaktkammern (4) in der Höhenrichtung (H) entlang einer zweiten gemeinsamen Ebene hintereinander angeordnet sind, wobei die Kontaktkammern (4) jeder der Gruppen (6, 7) in der Höhenrichtung (H) einen vorbestimmten Abstand (8) zueinander aufweisen und die Gruppen (6, 7) in der Höhenrichtung (H) um einen Versatz (9) zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der Versatz (9) anders dimensioniert ist als der Abstand (8).
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (1) eine am Steckerkörper (2) vorgesehene Rasteinrichtung (22, 33) aufweist, die mit einem Rastelement (29) zur Verrastung mit einem Gegenrastelement (59) der Bipolarplatte (53, 54) ausgeformt ist.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (29) in der Höhenrichtung (H) neben einem der Aufnahmeschlitze (20) in der vom Rastelement (29) weg weisenden Seitenwand (12, 13) angeordnet ist.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen sich durch den Steckerkörper (2) entlang der Höhenrichtung (H) erstreckenden und zumindest eine der Kontaktkammern (4) schneidenden Sicherungskanal (37) zur Aufnahme eines Kontaktsicherungselementes (61) zur Positionssicherung wenigstens eines der Kontaktelemente (5).
Bipolarplattenstapel (52) für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens zwei in einer Höhenrichtung (H) aufeinander gestapelten Bipolarplatten (53, 54), dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatten (53, 54) jeweils eine sich in einer quer zur Höhenrichtung (H) verlaufenden Steckrichtung (S) in die Bipolarplatte (53, 54) hinein erstreckende Ausnehmung (55, 56) zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme eines Steckverbinders (1) aufweisen.
Bipolarplattenstapel (52) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (55, 56) in einer quer zur Steckrichtung (S) und zur Höhenrichtung (H) weisenden Breitenrichtung (B) des Bipolarplattenstapels (52) zueinander versetzt angeordnet sind.
Bipolarplattenstapel (52) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (55, 56) jeweils von einem ersten und einem zweiten Abschnitt der Bipolarplatte (53, 54) flankiert werden, wobei der erste Abschnitt als ein Rastabschnitt (58) mit einem Rastelement (59) und der zweite Abschnitt als ein Kontaktabschnitt (57) zur Kontaktierung eines Kontaktelementes (5) eines Steckverbinders (1) ausgebildet sind.
Bipolarplattenstapel (52) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (57) einer der Bipolarplatten (53) die Ausnehmung (56) einer benachbarten Bipolarplatte (54) überlappt.