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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steckverbinderanordnung für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich.
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Stand der Technik
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Bei Hochvoltstrom- bzw. Hochstromanwendungen im Kfz-Bereich (beispielsweise bei einem mit einem Elektromotor angetriebenen oder von einem Elektromotor in seinem Antrieb unterstützten Kraftfahrzeug) ist es notwendig, Elemente wie zum Beispiel Batterien, Wechselrichter und/oder Motoren elektrisch miteinander zu verbinden. Für die Übertragung des Hochvoltstroms bzw. des Hochstroms werden dabei in der Regel geschirmte Leitungen verwendet. Damit kann eine Beeinträchtigung von außerhalb der Leitungen befindlichen Komponenten durch die infolge der hohen Ströme entlang der elektrischen Leitungen induzierten elektromagnetischen Felder vermieden werden. Die Verbindung zweier oder mehrerer elektrischer Leitungen erfolgt dabei beispielsweise über spezielle Steckverbinder, die mit korrespondierenden Gegensteckverbindern zusammengesteckt werden und auf diese Weise eine Steckverbinderanordnung bilden.
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Derartige Steckverbinderanordnungen beinhalten hierbei eine elektrische Hochstrom-Verbindung und eine elektrischen Schirmstrom-Verbindung, die die Schirmungskomponenten der miteinander verbundenen elektrischen Leitungen bzw. Komponenten elektrisch verbindet. Für die Betriebssicherheit der Steckverbinderanordnung ist dabei eine zuverlässige Schirmstrom-Verbindung bzw. Schirmstromkreisverbindung von großer Bedeutung, insbesondere mit einem gleichbleibenden Übergangswiderstand im Bereich der Steckverbinderanordnung, also innerhalb des Steckverbinders, innerhalb des Gegensteckverbinders und zwischen Steckverbinder und Gegensteckverbinder.
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Aus der
DE 10 2012 110 232 A1 ist eine derartige Steckverbinderanordnung mit einem Steckverbinder für die Übertragung von Hochvoltstrom bzw. Hochstrom im Kfz-Bereich bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass für derartige Steckverbinderanordnungen bzw. Steckverbinder für Hochvoltstrom- bzw. Hochstrom-Anwendungen (d.h.: Ströme bis zu mehreren hundert Ampere, z.B. 300A bis 500A und Spannungen bis zu über 1000V, z.B. bis 1500V oder bis zu 2000V) der Schirmstrom für ausreichend geringe Schirmströme über ein von außen zugängliches, elektrisch leitfähiges Gehäuse geleitet werden kann, ohne eine Gefahr für Bediener darzustellen. Der Schirmstrom kann hierbei von der Leitungsschirmung über das Steckverbindergehäuse beispielsweise eines Kabelbaum-Steckverbinders auf ein Gegensteckverbindergehäuse eines Gegensteckverbinders geleitet. Der Gegenstecker kann dabei beispielsweise an einer Komponente, zum Beispiel einen Motor, festgelegt sein. Das Gegensteckergehäuse kann beispielsweise auf Masse (GND) bzw. einem anderen festen Potenzial liegen.
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Unter einem Schirmstromkreis kann hierbei ein Stromkreis des Schirmstroms verstanden werden, der an einem Ende als „Spannungsquelle“ ein in einen Schirmmantel eingespeistes z.B. induziertes elektromagnetisches Feld aufweist und an seinem anderen Ende ein festes Potenzial, z.B. Masse (GND). Über die Potenzialdifferenz zwischen der eingespeisten induzierten Spannung und dem festen Potenzial kann dann ein Schirmstrom fließen. Durch das Schließen des Schirmstromkreises wird verhindert, dass das mit der induzierten Spannung beaufschlagte Schirmelement die induzierte (Wechsel-)Spannung seinerseits nach außen in Art einer Antenne abstrahlt. Unter Schirmstromkreis kann also eine Abführung eines Schirmstroms verstanden werden bzw. eine Schirmstromführung.
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Üblicherweise werden für die Übertragung des Schirmstroms zwischen dem Steckverbindergehäuse und dem Gegensteckverbindergehäuse Kontaktfedern eingesetzt. Diese Kontaktfedern sind in der Regel nicht schwingungsentkoppelt und werden auch bei thermischen Wechselbelastungen, beispielsweise im Bereich von –40 °C bis +150°C, stark mechanisch beansprucht. Es hat sich gezeigt, dass es dadurch zu einem vorzeitigen unerwünschten Verschleiß der Kontaktstelle kommen kann.
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Weiterhin kann es an der Kontaktstelle zu einer Korrosion bzw. Oxidation des verwendeten Materials kommen. Derartige Korrosionsstellen bzw. Oxidschichten sind in der Regel schlecht elektrisch leitend, wodurch sich der Übergangswiderstand an der Kontaktstelle stark verringern kann. Um die Stromübertragung des Schirmstroms an der Kontaktstelle sicherzustellen müssen dann vorbeugende Maßnahmen getroffen werden, beispielsweise durch eine Beschichtung der Kontaktstelle bzw. der Kontaktstellen zur Übertragung des Schirmstroms oder durch die Auswahl spezieller beispielsweise edelmetallischer Materialien bzw. Legierungen. Derartige Maßnahmen können die Herstellung derartige Steckverbinder und Gegensteckverbinder erheblich verteuern und verkomplizieren.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Steckverbinder bzw. eine Steckverbinderanordnung bereitzustellen, welcher bzw. welche durch eine neuartige Konstruktion auch bei einer hohen Vibrationsbelastung und einer starken thermischen Wechselbelastung dauerhaft und zuverlässig eine Übertragung des Schirmstroms mit geringem elektrischen Übergangswiderstand ermöglicht.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile eines Steckverbinders sowie einer Steckverbinderanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Steckverbinder für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich vorgeschlagen, welcher es ermöglicht, dauerhaft und zuverlässig einen Schirmstrom über ein Steckverbindergehäuse zu übertragen. Dabei ist die Übertragung des Schirmstroms beim vorgeschlagenen Steckverbinder auch bei hoher Schwingungsbelastungen bzw. Vibrationsbelastungen, bei hohen thermischen Wechselbelastung und auch an Einbauorten, an denen der Steckverbinder aggressiven Medien (zum Beispiel Gasen oder Flüssigkeiten) ausgesetzt ist mit einem gleich bleibenden elektrischen Übergangswiderstand sichergestellt. Auch wird beim vorgeschlagenen Steckverbinder eine Beeinträchtigung der Übertragung des Schirmstroms infolge von Korrosion bzw. Oxidation an Kontaktstellen minimiert. Schließlich ist der vorgeschlagene Steckverbinder besonders leicht und ist einfach und kostengünstig herzustellen.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Steckverbinder für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich ein Steckverbindergehäuse umfasst, welches mit einem Gegensteckverbindergehäuse eines Gegensteckverbinders zusammensteckbar ist. Weiterhin umfasst der Steckverbinder wenigstens ein im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnetes Kontaktelement für einen Schirmstromkreis, wobei das Steckverbindergehäuse derart ausgebildet ist, dass im mit dem Gegensteckverbindergehäuse zusammengesteckten Zustand eine Außenumgebung des Steckverbinders von elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Steckverbindergehäuse Aluminium aufweist, wobei das Kontaktelement für den Schirmstromkreis und das Steckverbindergehäuse mittels eines Befestigungsmittels elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei ist das Befestigungsmittel mit einer Wand des Steckverbindergehäuses kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Steckverbinder den Vorteil auf, dass durch die Verwendung von Aluminium für das Steckverbindergehäuse ein besonders leichtes und beispielsweise im Vergleich zur Verwendung von Kupfer besonders kostengünstiges Material verwendet wird, welches gleichzeitig eine sehr gute elektrische Stromleitfähigkeit aufweist. Dadurch, dass das Kontaktelement für den Schirmstromkreis und das Steckverbindergehäuse mittels eines Befestigungsmittels elektrisch miteinander verbunden sind wird vorteilhaft eine besonders einfache und flexible Montage des Kontaktelements an dem Steckverbindergehäuse ermöglicht. Gleichzeitig kann die elektrische Verbindung dadurch besonders robust gegenüber thermischen Wechselbelastung, Vibrationen und Oxidation gestaltet sein. Dies wird vorteilhaft dadurch bewirkt, dass das Befestigungsmittel mit einer Wand des Steckverbindergehäuses kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist. Denn dadurch ergibt sich eine besonders gute mechanische Verbindung mit einer großen mechanischen und elektrischen Kontaktfläche. Gleichzeitig wird das Risiko einer Oxidation an der Kontaktstelle deutlich reduziert. Da die Ausbildung von Aluminiumoxid mit einer deutlichen Verringerung der Stromleitfähigkeit einhergeht ist die elektrische Verbindung des Kontaktelements für den Schirmstromkreis mit der Wand des Aluminium aufweisenden Steckverbindergehäuses durch ein kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Wand verbundenes Befestigungsmittel von entscheidender Bedeutung für die Zuverlässigkeit der Stromübertragung im Schirmstromkreis, da hier die Bildung von Aluminiumoxid an der mechanischen Kontaktstelle vorteilhaft unterbunden wird.
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Das Steckverbindergehäuse kann als Hauptbestandteil Aluminium aufweisen, z.B. wenigstens 30 Gewichtsprozent Aluminium, bevorzugt wenigstens 70 Gewichtsprozent Aluminium, ganz besonders bevorzugt wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium.
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Das Steckverbindergehäuse kann dabei eine im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnete Kontaktelementkammer begrenzen, wobei das Kontaktelement für den Schirmstromkreis in der Kontaktelementkammer angeordnet ist. Auch können gegebenenfalls weitere Kontaktelemente in der Kontaktelementkammer angeordnet sein, insbesondere alle Kontaktelemente des Steckverbinders.
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Das Befestigungsmittel ist insbesondere als ein vom Kontaktelement für den Schirmstromkreis separates Element ausgebildet und insbesondere nicht einstückig mit dem Kontaktelement gestaltet.
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Das Kontaktelement für den Schirmstromkreis ist vorzugsweise separat vom Steckverbindergehäuse und/oder separat von der Kontaktelementkammer ausgebildet, insbesondere kann es nicht einstückig vom Steckverbindergehäuse und/oder von der Kontaktelementkammer ausgebildet sein.
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Das Kontaktelement für den Schirmstromkreis kann als ein mit einem Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinders zusammensteckbares Element ausgebildet sein.
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Unter dem Innern des Steckverbindergehäuses kann ein Bereich verstanden werden, der von einander zuweisenden Wandflächen der Wand des Steckergehäuses begrenzt wird. Unter der Außenumgebung des Steckverbinders kann ein durch die Wand des Steckergehäuses vom Innern des Steckverbindergehäuses abgetrennter Außenbereich des Steckverbinders verstanden werden. Insbesondere kann unter Außenumgebung des Steckverbinders eine Umgebung verstanden werden, die in einem Zustand, in welchem der Steckverbinder mit dem korrespondierenden Gegensteckverbinder zusammengesteckt ist, die aus Steckverbinder und Gegensteckverbinder geschaffene Steckverbinderanordnung außen umgibt.
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Unter Schirmung oder Abschirmung kann eine Reduzierung der Amplitude eines z.B. in einem Innern des Steckverbinders vorhandenen elektromagentischen Feldes verstanden werden. Dabei kann die Amplitude z.B. derart abgeschwächt werden, dass sie für im abgeschirmten Bereich angeordnete Elemente oder elektrische und elektronische Komponenten keine Beeinträchtigung mehr darstellt.
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Dadurch, dass das Befestigungsmittel im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnet ist, zum Beispiel in der Kontaktelementkammer, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktelement für den Schirmstromkreis und das Befestigungsmittel von derselben Seite montiert werden können und dadurch die Montage besonders einfach gestaltet werden kann. Beispielsweise können das Befestigungsmittel und das Kontaktelement von einer Zusammensteck-Öffnung des Steckverbindergehäuses in Richtung des Gegensteckverbinders im Steckverbindergehäuse montiert werden. Weiterhin vorteilhaft wird durch eine derartige Montage bewirkt, dass kein zusätzlicher Durchbruch durch das Steckverbindergehäuse notwendig ist, um die elektrische Verbindung vom Kontaktelement zum Befestigungsmittel zu ermöglichen, im Gegensatz zu einem Kontaktelement, das beispielsweise mit einem an der Außenseite angeordneten Befestigungsmittel an der Wand des Steckverbindergehäuses elektrisch kontaktiert ist. Dadurch kann das Steckverbindergehäuse besonders gut eine Außenumgebung des Steckverbinders von elektromagnetischer Strahlung abschirmen.
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Dadurch, dass das Befestigungsmittel eine Schraube oder eine Niete ist wird vorteilhaft eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung des Befestigungsmittels mit der Wand des Steckverbindergehäuses bewirkt. Besonders vorteilhaft kann durch die Verwendung einer Schraube oder eine Niete oder auch beispielsweise eines Bolzen eine an der Oberfläche der Wand befindliche Oxidationsschicht durchbrochen werden, wodurch ein besonders guter elektrischer Kontakt mit geringem Übergangswiderstand zu Stande kommt. Bei einer derart gestalteten Schraubverbindung oder Nietverbindung oder Bolzenverbindung wird darüber hinaus vorteilhaft die erneute Ausbildung einer Oxidationsschicht vorteilhaft unterbunden. Gleichzeitig sind derartige als Schraube oder Niete oder Bolzen ausgebildete Befestigungsmittel besonders kostengünstig und bei Montageprozess einfach zu montieren, ohne dass es zu einer thermischen Belastung beim Montagevorgang kommt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung grenzt die Außenumgebung des Steckverbinders an wenigstens eine vom Innern des Steckverbindergehäuses wegweisende Wandfläche der Wand des Steckverbindergehäuses an. Dadurch wird eine besonders einfache Herstellung des Steckverbinders ermöglicht, da das Steckverbindergehäuse auf diese Weise nicht von einer zusätzlichen Isolationsschicht umgeben sein muss.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Innern des Steckverbindergehäuses wenigstens ein Hochstom-Kontaktelement angeordnet, bevorzugt sind im Innern des Steckverbindergehäuses wenigstens zwei Hochstrom-Kontaktelemente angeordnet, insbesondere wenigstens drei Hochstrom-Kontaktelemente. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Hochstrom-Kontaktelemente besonders kostengünstig hergestellt werden können, da sie nicht einzeln an ihrer Außenseite geschirmt werden müssen, beispielsweise durch ein Kupfergeflecht. Vielmehr erfolgt die Schirmung durch das Steckverbindergehäuse als eine Art Summenschirmung. Bei der Verwendung von wenigstens zwei oder wenigstens drei Hochstrom-Kontaktelementen können dadurch erhebliche Materialkosten eingespart werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement für den Schirmstromkreis als female-Kontaktelement ausgebildet. Ein derartiges female-Kontaktelement kann beispielsweise als ein Buchsenkontaktelement ausgebildet sein. Ein derartiges Buchsenkontaktelement kann ein Kontaktelement-Gehäuse aus einem isolierenden Material und einen darin angeordneten Kontaktkörper mit Kontaktlamellen aufweisen. Alternativ kann das Kontaktelement für den Schirmstromkreis als male-Kontaktelement ausgebildet sein. Ein derartiges male-Kontaktelement kann beispielsweise als Kontaktmesser oder Kontaktpin ausgebildet sein. Eine derartige Ausführung des Kontaktelements für den Schirmstromkreis als female-Kontaktelement bzw. als male-Kontaktelement erlaubt vorteilhaft eine besonders kostengünstige Fertigung des Kontaktelements für den Schirmstromkreis. Denn es kann auf Standardkomponenten zurückgegriffen werden. Darüber hinaus wird durch eine derartige Ausbildung des Kontaktelements für den Schirmstromkreis eine besonders zuverlässige elektrische Kontaktierung für den Schirmstromkreis sichergestellt. Denn im Gegensatz zu einer lediglich auf äußerer Anlage beruhenden Kontaktierung kann ein derartig ausgebildete Kontaktelement mit geringem Kostenaufwand mit einer nicht oxidierenden Beschichtung an den Strom tragenden Komponenten versehen sein bzw. können diese Komponenten aus einem nicht oxidierenden Material gestaltet sein. Dadurch ergibt sich über Lebensdauer eine besonders zuverlässige Verbindung für den Schirmstromkreis. Gleichzeitig kann ein derartig gestaltete Kontaktelement in Art eines Schlüssel-Schloss-Prinzips derart ausgebildet sein, dass nur ein Gegensteckverbinder auf den Steckverbinder aufsteckbar bzw. mit dem Steckverbinder zusammensteckbar ist, der das entsprechende, korrespondierende Gegenkontaktelement an der richtigen Stelle aufweist.
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Dadurch, dass das male-Kontaktelement starr ausgebildet ist, wobei das male-Kontaktelement ein erstes Ende aufweist, das zum Einstecken in das female-Kontaktelement geeignet ist, wobei das male-Kontaktelement ein zweites Element aufweist, dass mittels des Befestigungsmittels am Steckverbindergehäuse mechanisch festlegbar ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktelement in Form eines male-Kontaktelements einstückig ausgebildet und unmittelbar mit dem Steckverbindergehäuse verbunden ist. Dadurch lässt sich der Montageaufwand beträchtlich reduzieren.
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Unter dem Ausdruck „starr“ kann hierbei eine Ausbildung verstanden werden, die eine nur geringe Elastizität aufweist und insbesondere nur um wenige Winkelgrade reversibel verbiegbar ist. Mit anderen Worten, ein derartiges Element wird bei äußerer Krafteinwirkung plastisch verformt. Es versteht sich, dass mit einem derart ausgebildeten Kontaktelement vorzugsweise eine einstückige Ausführungsform verstanden werden kann, ohne dass ein derartiges Kontaktelement federnd gelagert ist und ohne dass es unter Zwischenlage anderer, z.B. flexibler Teile ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das Kontaktelement für den Schirmstromkreis und das Befestigungselement mittels eines Kabels elektrisch miteinander verbunden. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktelement an einer ersten Stelle im Innern des Steckergehäuses angeordnet sein kann und das Befestigungsmittel die elektrische Verbindung mit der Wand des Steckergehäuses an einer zweiten Stelle herstellen kann. Vorteilhaft kann dadurch eine einfachere Montage von Kontaktelement und Befestigungsmittel an jeweils einer für die Montage günstigen Stelle erfolgen. Weiterhin lässt sich über die Zwischenschaltung eines Kabels zwischen dem Befestigungsmittel und dem Kontaktelement eine mechanische Entkopplung von der Wand des Steckverbindergehäuses und dem Kontaktelement bewirken. Dies kann insbesondere bei starken Vibrationsbelastungen oder starken thermischen Wechselbelastung von Vorteil sein, da auf diese Weise die Position des Kontaktelements nicht von beispielsweise einer thermischen Längenausdehnung zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle oder von beispielsweise an der zweiten Stelle auftretenden Schwingungsknoten beeinflusst wird. Insgesamt kann auf diese Weise die elektrische Anbindung des Kontaktelements an die Wand des Steckverbindergehäuses erheblich flexibilisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement für den Schirmstromkreis in einem Kontaktelementgehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Dabei ist das Kontaktelementgehäuse im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnet, insbesondere im Innern der Kontaktelementkammer. Dabei überragt das Kontaktelementgehäuse in Richtung des Gegensteckers betrachtet das Kontaktelement. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktelement durch das Kontaktelementgehäuse vor unerwünschter Berührung und einer daraus folgenden Beschädigung geschützt ist, beispielsweise bei einem Transport Steckverbinders oder bei der Montage. Gleichzeitig kann das Kontaktelementgehäuse derart gestaltet sein, dass es eine Poka-Yoke-Lösung (Schlüssel-Schloss-Prinzip) für das Zusammenstecken mit dem korrespondierenden Gegensteckverbinder ergibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Innern des Steckverbindergehäuses weiterhin wenigstens ein Interlock-Kontaktelement vorgesehen. Dabei ist das wenigstens eine Interlock-Kontaktelement vorzugsweise im Kontaktelementgehäuse angeordnet. Durch diese Ausführungsform wird vorteilhaft bewirkt, dass der Steckverbinder besonders bediensicher ist. Denn die Hochstrom bzw. Hochvoltstrom tragenden Kontaktelemente können dann beispielsweise von einem Steuergerät erst dann freigeschaltet werden, wenn das wenigstens eine Interlock-Kontaktelement mit einem korrespondierenden Interlock-Gegenkontaktelement elektrisch und/oder mechanisch verbunden ist. Durch eine besondere Ausgestaltung kann das Interlock-Kontaktelement so ausgebildet sein, dass es mit einem korrespondierenden Interlock-Gegenkontaktelement erst dann eine elektrische und/oder mechanische Verbindung eingeht, wenn das Steckverbindergehäuse mit dem Gegensteckverbindergehäuse so zusammengesteckt ist, dass eine Berührung der Hochstrom tragenden Kontaktelemente von außen nicht mehr möglich ist. Besonders vorteilhaft ist das wenigstens eine Interlock-Kontaktelement im Kontaktelementgehäuse angeordnet, zusammen mit dem Kontaktelement für den Schirmstromkreis. Dadurch lässt sich eine besonders kostengünstige modulare Aufbauweise bewirken.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Steckverbinderanordnung für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich mit einem Steckverbinder und mit einem Gegensteckverbinder vorgeschlagen. Der Steckverbinder umfasst dabei ein Steckverbindergehäuse und wenigstens ein im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnetes Kontaktelement für einen Schirmstromkreis. Der Gegensteckverbinder umfasst dabei ein mit dem Steckverbindergehäuse zusammensteckbares Gegensteckverbindergehäuse und wenigstens ein im Innern des Gegensteckverbindergehäuses angeordnetes Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis. Dabei sind das Steckverbindergehäuse und das Gegensteckverbindergehäuse derart ausgebildet, dass im zusammengesteckten Zustand eine Außenumgebung der Steckverbinderanordnung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Innern des Steckverbindergehäuses und des Gegensteckverbindergehäuses abgeschirmt ist. Insbesondere wird dadurch elektromagnetische Strahlung durch die Übertragung von Hochvoltstrom bzw. Hochstrom abgeschirmt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Steckverbindergehäuse und das Gegensteckverbindergehäuse Aluminium umfassen bzw. aufweisen, wobei das Kontaktelement für den Schirmstromkreis und das Steckverbindergehäuse mittels eines Befestigungsmittels elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei ist das Befestigungsmittel mit einer Wand des Steckverbindergehäuses kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Dabei sind das Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis und das Gegensteckverbindergehäuse mittels eines weiteren Befestigungsmittels elektrisch miteinander verbunden. Dabei ist das weitere Befestigungsmittel mit einer Wand des Gegensteckverbindergehäuses kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden.
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Vorzugsweise begrenzt das Steckverbindergehäuse eine im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnete Kontaktelementkammer. Vorzugsweise ist das Kontaktelement für den Schirmstromkreis in einer in einem Innern des Steckverbindergehäuses angeordneten Kontaktelementkammer angeordnet
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Das Gegensteckverbindergehäuse kann dabei eine im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnete Gegenkontaktelementkammer begrenzen, wobei das Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis in der Gegenkontaktelementkammer angeordnet ist. Auch können gegebenenfalls weitere Gegenkontaktelemente in der Gegenkontaktelementkammer angeordnet sein, insbesondere alle Gegenkontaktelemente des Gegensteckverbinders.
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Das Gegensteckverbindergehäuse kann als Hauptbestandteil Aluminium aufweisen, z.B. wenigstens 30 Gewichtsprozent Aluminium, bevorzugt wenigstens 70 Gewichtsprozent Aluminium, ganz besonders bevorzugt wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium.
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Das weitere Befestigungsmittel ist insbesondere als ein vom Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis separates Element ausgebildet und insbesondere nicht einstückig mit dem Gegenkontaktelement gestaltet. Das weitere Befestigungsmittel kann z.B. als Schraube, Niete oder Bolzen gestaltet sein.
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Das Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis ist vorzugsweise separat vom Gegensteckverbindergehäuse und/oder separat von der Gegenkontaktelementkammer ausgebildet, insbesondere kann es nicht einstückig vom Gegensteckverbindergehäuse und/oder von der Gegenkontaktelementkammer ausgebildet sein.
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Das Gegenkontaktelement für den Schirmstromkreis kann als ein mit dem Kontaktelement des Steckverbinders zusammensteckbares Element ausgebildet sein.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird durch die erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung eine besonders kostengünstig herstellbare Steckverbinderanordnung geschaffen, die zuverlässig eine Außenumgebung der Steckverbinderanordnung von elektromagnetischer Strahlung in Folge von im Innern der Steckverbinderanordnung übertragenen Hochstroms abschirmt. Dadurch, dass das Steckverbindergehäuse und das Gegensteckverbindergehäuse Aluminium umfassen bzw. aufweisen, sind das Steckverbindergehäuse und das Gegensteckverbindergehäuse besonders gut elektrisch leitfähig, besonders kostengünstig herstellbar und besonders leicht. Durch die elektrische Verbindung des Kontaktelements mit der Wand des Steckergehäuses und des Gegenkontaktelements mit der Wand des Gegensteckergehäuses mittels des Befestigungsmittels bzw. mittels des weiteren Befestigungsmittels in jeweils formschlüssiger und/oder kraftschlüssige Weise wird eine besonders zuverlässige elektrische Anbindung geschaffen, insbesondere gegenüber einer elektrischen Anordnung, die einen Kontakt lediglich durch das bloße Aneinanderliegen zweier Flächen bewirkt. Insbesondere eine Korrosion bzw. Oxidation von Kontaktstellen mit daraus folgendem vermindertem elektrischem Übergangswiderstand kann dadurch vorteilhaft vermieden werden. Auch steigt vorteilhaft die Beständigkeit gegenüber dynamischen Belastungen wie zum Beispiel Vibrationsbelastungen und oder thermischen Wechselbelastung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Befestigungsmittel im Innern des Steckverbindergehäuses angeordnet ist und dass das weitere Befestigungsmittel an einer vom Innern des Gegensteckverbindergehäuses wegweisenden Wandfläche der Wand des Gegensteckverbindergehäuses angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders kompakter Aufbau der Steckverbinderanordnung geschaffen werden. Denn dadurch sind, im zusammengesteckten Zustand betrachtet, das Befestigungsmittel und das weitere Befestigungsmittel aus derselben Richtung am Steckverbindergehäuse bzw. am Gegensteckverbindergehäuse befestigt und können so näher aneinander montiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Wand des Steckverbindergehäuses an einer dem Gegensteckverbinder zuweisenden Stirnseite eine Nut auf. Dabei ist im zusammengesteckten Zustand der Steckverbinderanordnung die Wand des Gegensteckverbindergehäuses in der Nut der Wand des Steckverbinders aufgenommen. Alternativ weist die Wand des Gegensteckverbindergehäuses an einer dem Steckverbinder zuweisenden Stirnseite eine Nut auf, wobei im zusammengesteckten Zustand der Steckverbinderanordnung die Wand des Steckverbindergehäuses in der Nut der Wand des Gegensteckverbindergehäuses aufgenommen ist. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute Abschirmung der Außenumgebung von im Inneren der Steckverbinderanordnung entstehender elektromagnetischer Strahlung bewirkt. Denn durch die in der einen Wand aufgenommene andere Wand können Leckagen bezüglich des elektromagnetischen Feldes wirksam unterbunden werden. Zusätzlich ist so das Innere des Steckverbinders bzw. des Gegensteckverbinders besonders gut gegen eindringenden Schmutz bzw. eindringende Medien geschützt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung grenzt die Außenumgebung der Steckverbinderanordnung an wenigstens einer vom Innern des Steckverbindergehäuses wegweisende Wandfläche der Wand des Steckverbindergehäuses an und/oder grenzt die Außenumgebung der Steckverbinderanordnung an wenigstens eine vom Innern des Gegensteckverbindergehäuses wegweisenden Wandfläche der Wand des Gegensteckverbindergehäuses an. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Steckverbinderanordnung besonders kostengünstig und ohne großen Aufwand hergestellt werden kann. Denn auf diese Weise kann beispielsweise auf eine Isolierschicht, z.B. aus Kunststoff verzichtet werden. Denn ein elektrisch isolierender Berührschutz ist in der vorgeschlagenen Steckverbinderanordnung nicht erforderlich.
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Dadurch, dass der Steckverbinder fest mit einem elektrischen Aggregat verbunden ist, oder dass der Gegensteckverbinder fest mit einem elektrischen Aggregat verbunden ist wird vorteilhaft eine besonders gute elektrische Abschirmung bewirkt. Das elektrische Aggregat kann dabei zum Beispiel ein Elektro-Motor, ein Wechselrichter, eine Batterie oder ein anderes Aggregat in einem Kraftfahrzeug sein.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Steckverbinderanordnung im nicht zusammengesteckten Zustand;
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2 eine Aufsicht auf eine Zusammenstecköffnung eines erfindungsgemäßen Steckverbinders der Steckverbinderanordnung aus 1;
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3 einen Querschnitt durch den Steckverbinder aus 2;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Gegensteckverbinders aus der Steckverbinderanordnung aus 1;
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5 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung aus 1 im zusammengesteckten Zustand.
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern bzw. Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Steckverbinderanordnung 100 für die Übertragung von Hochvoltstrom im Kfz-Bereich mit einem Steckverbinder 200 und mit einem Gegensteckverbinder 300 dargestellt. Der Gegensteckverbinder 300 kann dabei beispielsweise an einem Aggregat, zum Beispiel einem Motor, einer Batterie einem Wechselrichter oder einem anderen Aggregat eines Kraftfahrzeugs fest montiert sein.
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Der Steckverbinder 200 kann als Steckverbinder eines Kabelbaums ausgebildet sein, der mit dem Gegensteckverbinder 300 zusammensteckbar ist und mittels eines Hebels 280 an dem Gegensteckverbinder 300 festgelegt werden kann. Der Steckverbinder 200 umfasst ein Steckverbindergehäuse 210, welches Aluminium aufweist bzw. umfasst. Vorzugsweise umfasst das Steckverbindergehäuse 210 Aluminium als Hauptbestandteil. Dadurch kann das Steckverbindergehäuse 210 die Abschirmung einer Außenumgebung 110 der Steckverbinderanordnung von im Innern 212 des Steckverbinders 200 induzierten elektromagnetischen Feldern in Folge der Hochstrom-Leitung bewirken. Eine separate Schirmung von Hochstrom tragenden Komponenten im Innern 212 des Steckverbinders 200 ist dadurch nicht notwendig. Das Steckverbindergehäuse 210 begrenzt mit einer Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 eine Kontaktelementkammer 260. Die Kontaktelementkammer 260 begrenzt ihrerseits das Innere 212 des Steckverbinders 200 und weist eine Zusammenstecköffnung 262 auf, welche beim Zusammenstecken dem Gegensteckverbinder 300 zugewandt ist.
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In der dem Gegensteckverbinder 300 (4) zugewandten Stirnseite 215 der Wand 214 ist eine umlaufende Nut 216 angeordnet, welche geeignet ist, beim Zusammenstecken eine Wand 314 eines Gegensteckverbindergehäuses 310 des Gegensteckverbinders 300 aufzunehmen. Über die Stirnseite 215 der durch die Nut 216 ausgebildeten Innenwand der Wand 214 ist ein Halteclip 290 aus Kunststoff gestülpt, an welchem in der Nut 216 eine seitliche Dichtlippe 292 aus einem elastischen Material angeordnet ist. Mittels der Dichtlippe 292 kann im zusammengesteckten Zustand der Steckverbinderanordnung 100 das Eindringen von Schmutz oder Medien (Flüssigkeiten oder Gase) ins Innere 212 des Steckverbinders 200 verhindert werden.
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Der Steckverbinder 200 umfasst weiterhin wenigstens ein in einem Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 angeordnetes Kontaktelement 230 (hier nicht sichtbar) für einen Schirmstromkreis, der beim Zusammenstecken mit dem Gegensteckverbinder 300 geschlossen wird und die Abschirmung der Außenumgebung 110 von elektromagnetischer Strahlung bzw. von elektromagnetischen Feldern aus dem Innern 212 des Steckverbinders sicherstellt.
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Wie auch in 4 zu erkennen ist umfasst der Gegensteckverbinder 300 das mit dem Steckverbindergehäuse 210 zusammensteckbare Gegensteckverbindergehäuse 310, welches Aluminium als Material aufweist bzw. umfasst. Vorzugsweise umfasst das Gegensteckverbindergehäuse 310 Aluminium als Hauptbestandteil. Das Gegensteckverbindergehäuse 310 weist die Wand 314 auf, wobei die Wand 314 eine Gegenkontaktelementkammer 360 begrenzt. Das Gegensteckverbindergehäuse 310 kann als eine Art Steckerkragen ausgebildet sein, auf die das Steckverbindergehäuse 210 des Steckverbinders 200 aufsteckbar ist.
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Das Gegensteckverbindergehäuse 310 kann auf oder an einem Gegenkontaktelementhalter 370 aus elektrisch isolierendem Material, z.B. aus Kunststoff, angeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gegensteckverbindergehäuse 310 an dem Gegenkontaktelementhalter 370 angeschraubt. Der Gegenkontaktelementhalter 370 kann dabei auf einer Außenseite des Gegensteckverbindergehäuses 310 angeordnet sein und bis in ein Inneres 312 des Gegensteckverbindergehäuses 310 hineinragen. In der Gegenkontaktelementkammer 360 im Innern 312 des Gegensteckverbindergehäuses 310 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Hochstrom-Gegenkontaktelemente 320 in Form flacher annähernd rechteckiger Kontaktmesser angeordnet. Die Hochstrom-Gegenkontaktelemente 320 sind dabei jeweils an drei Seiten von Isolierkammern 322 des Gegenkontaktelementhalters 370 umgeben (4), insbesondere vollständig umgeben, und werden, in Richtung des aufzusteckenden Steckverbinders 200 betrachtet, von den Isolierkammern 322 als Berührschutz überragt.
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In 2 und 3 sind eine Aufsicht auf die Zusammenstecköffnung 262 des Steckverbinders 200 (2) bzw. ein Querschnitt durch den Steckverbinder 200 (3) dargestellt. Im Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210, deren Wand 214 die Kontaktelementkammer 260 begrenzt, ist ein aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte Kontaktelementhalter 270 angeordnet. Der Kontaktelementhalter 270 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Gegenkontaktelementhalter 370 vollständig im Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 angeordnet. Am Kontaktelementhalter 270 ist weiterhin wenigstens ein Kontaktelementhalter-Befestigungsmittel 272, beispielsweise in Form eines Bolzen oder einer Schraube, vorgesehen (in der 3 ist genau ein Kontaktelementhalter-Befestigungsmittel 272 zu erkennen).
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Der Kontaktelementhalter 270 weist drei in der Figur übereinander angeordnete Ausnehmungen 274 auf (im oberen Teil 274A, in der Mitte 274B und im unteren Teil 274C des Kontaktelementhalters 270). Diese sind ausgebildet, beim Zusammenstecken des Steckverbinders 200 mit dem Gegensteckverbinder 300 die drei Hochstrom-Gegenkontaktelemente 320 aufzunehmen. An jeweils zwei Seitenwänden dieser Ausnehmungen 274 sind elektrisch leitfähige Hochstrom-Kontaktelemente 220 vorgesehen, die sich in der Figur nicht sichtbar in die Bildebene hinein erstrecken. Diese Hochstrom-Kontaktelemente 220 bilden beim Zusammenstecken mit dem Gegensteckverbinder 300 eine elektrische Verbindung mit den Hochstrom-Gegenkontaktelementen 320 des Gegensteckverbinders 300 aus.
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Zwischen zwei der Ausnehmungen 274 (zwischen der mittleren Ausnehmung 274B und der unteren Ausnehmung 274C) sind zwei Interlock-Kontaktelemente 250 als Buchsenkontaktelemente nebeneinander angeordnet. Sie sind von einem Interlock-Kontaktelementgehäuse 252 umgeben. Diese Interlock-Kontaktelemente 250 können mit einem Steuergerät zusammengeschaltet werden. Das Steuergerät kann erkennen, ob die Interlock-Kontaktelemente 250 von entsprechenden Interlock-Gegenkontaktelemente 350 des Gegensteckverbinders 300 kontaktiert sind. Erst wenn ein derartiger Kontakt zwischen Interlock-Kontaktelementen 250 und Interlock-Gegenkontaktelementen 350 stattgefunden hat schaltet das Steuergerät den Stromkreis für die Hochstrom-Kontaktelemente 220 bzw. Hochstrom-Gegenkontaktelemente 320 frei. Dabei sind die Interlock-Kontaktelemente 250 und Interlock-Gegenkontaktelemente 350 derart ausgebildet, dass sie erst in mechanischen und elektrischen Kontakt geraten, wenn die Hochstrom-Kontaktelemente 220 sicher vor einer Berührung von außen mit den Hochstrom-Gegenkontaktelementen 320 zusammengesteckt sind. Durch die Form und die Anordnung der Interlock-Kontaktelemente 250 und der Interlock-Gegenkontaktelemente 350 kann so auch eine Verwechslungssicherheit (Poka-Yoke-Lösung) gemäß dem Schlüssel-Schloss-Prinzip geschaffen sein. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass ein falscher Steckverbinder 200 auf den Gegensteckverbinder 300 aufgesteckt wird und es zu einer Freischaltung des Hochstrom-Stromkreises kommt.
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Im zusammengesteckten Zustand der Steckverbinderanordnung 100 kann der Schirmstromkreis prinzipiell durch das Aneinanderliegen der Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 und der Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310 geschlossen werden und so die Abschirmung einer Außenumgebung 110 der Steckverbinderanordnung 100 ermöglichen. Aufgrund der thermischen Wechselbelastung und der dynamischen Belastungen beispielsweise durch Vibrationen und aufgrund der Neigung von aluminiumhaltigen Materialien, an der Oberfläche eine schlecht leitende Oxidationsschicht auszubilden ist jedoch benachbart zu den Interlock-Kontaktelementen 250 ein Kontaktelement 230 des Schirmstromkreises angeordnet. Das Kontaktelement 230 des Schirmstromkreises wird beim Zusammenstecken des Steckverbinders 200 mit dem Gegensteckverbinder 300 mit einem Gegenkontaktelement 330 des Gegensteckverbinders 300 verbunden, beispielsweise durch eine Steckverbindung.
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Das Kontaktelement 230 ist dabei mit einem ersten Ende 234A eines elektrischen Kabels 234 elektrisch verbunden (siehe auch 3). Das Kabel 234 ist an seinem zweiten Ende 234B mit einem Kontaktschuh 235 elektrisch verbunden. Der Kontaktschuh 235 ist mit einem Befestigungsmittel 240 z.B. in Form einer Schraube 242 bzw. einer Niete 244 vom Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 aus mit dem Steckverbindergehäuse 210 elektrisch und mechanisch verbunden. Dabei ist das beispielsweise in Form einer Schraube 242 ausgebildete Befestigungsmittel 240 zum Beispiel in die Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 vom Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 aus eingeschraubt. Durch das Einschrauben bzw. den Befestigungsvorgangs der Schraube 242 bzw. des Befestigungsmittels 240 in die Wand 214 des Steckverbindergehäuses wird das relativ weiche Material des Steckverbindergehäuses an seiner Oberfläche mechanisch wenigstens teilweise freigelegt, so dass auf diese Weise beispielsweise eine vorhandene Oxidschicht durchbrochen werden kann und ein guter elektrisch leitfähiger Kontakt hergestellt werden kann. Dabei kann die Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 an der Stelle, an welcher das Befestigungsmittel 240 befestigt wird beispielsweise eine Wandstärke derart aufweisen, dass durch den Befestigungsvorgangs kein Durchbruch auf die andere Seite der Wand 214 entsteht (3). Dadurch, dass das Befestigungsmittel 240 von derselben Seite montiert werden kann wie das Kontaktelement 230, ist die Montage des Kontaktelements 230 und des Befestigungsmittels 240 in sehr einfacher Weise ohne Durchsteckschritte bzw. ohne Durchfädelschritte durch die Wand 214 möglich.
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Das Kontaktelement 230 des Schirmstromkreises ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein female-Kontaktelement in Form eines Buchsenkontaktelements mit einem Kontaktelementgehäuse 232 und einem darin angeordneten Kontaktkörper 233, z.B. in Form einer Buchse aus Metallblech oder als Kontaktlamelle aus Metallblech, ausgebildet. Entsprechend ist ein am Gegensteckverbinder 300 angeordnetes Gegenkontaktelement 330 (4) als male-Kontaktelement 500 in Form eines Kontaktmessers bzw. Kontaktpins ausgebildet. In anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Kontaktelement 230 am Steckverbinder 200 als male-Kontaktelement 500 ausgebildet sein und das korrespondierende Gegenkontaktelement 330 am Gegensteckverbinder 300 als female-Kontaktelement.
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Auf diese Weise ist neben der Schließung des Schirmstromkreises zwischen Steckverbinder 200 und Gegensteckverbinder 300 mittels der Berührung der Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 mit der Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310 eine zuverlässige Schließung des Schirmstromkreises durch das Kontaktelement 230 mit dem Gegenkontaktelement 330 und die oxidschichtfreie elektrische Kontaktierung von Kontaktelement 230 bzw. Gegenkontaktelement 330 mittels des Befestigungselements 240 am Steckverbindergehäuse 210 bzw. mittels eines weiteren Befestigungselements 340 am. Gegensteckverbindergehäuse 310 sichergestellt. Darüber hinaus wird das Kontaktelement 230 über das Kabel 234 mechanisch von der Kontaktstelle mit dem Steckverbindergehäuse 210 entkoppelt. Dies kann beispielsweise bei Vibrationsbelastungen oder thermischen Wechselbelastung vorteilhaft sein. Denn das Kontaktelement 230 ist wenigstens mittelbar mit dem Kontaktelementhalter 270 verbunden. Dieser weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der sich deutlich von dem des Aluminium aufweisenden Steckverbindergehäuses 210 unterscheidet. Durch die Entkopplung kann mechanischer Stress auf die Kontaktstelle des Kontaktelements 230 verringert bzw. vermieden werden. Dies ist insbesondere bei größeren Abständen zwischen dem Befestigungsmittel 240 und dem Kontaktelement 230 von Bedeutung.
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In 3 ist auch deutlich die in die Stirnseite 215 der Wand 214 eingebrachte Nut 216 erkennbar, in welche die Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310, die beispielsweise kragenartig ausgebildet sein kann, einsteckbar ist. Nahe der Stirnseite 215 der Wand 214 ist der umlaufende Halteclip 290 mit der in der Nut 216 angeordneten seitlichen Dichtlippe 292 zu erkennen.
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In 4 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Gegensteckverbinders 300 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Gegenkontaktelement 330 für den Schirmstromkreis als male-Kontaktelement 500 ausgeführt ist. Benachbart zum Gegenkontaktelement 330 für den Schirmstromkreis sind die zwei Interlock-Gegenkontaktelemente 350 angeordnet. Das Gegenkontaktelement 330 wird von einem Gegenkontaktelementgehäuse 332 als Berührschutz umgeben und, in Richtung zum Steckverbinder 200 betrachtet, vom Gegenkontaktelementgehäuse 332 überragt. Die beiden Interlock-Gegenkontaktelemente 350 werden von einem mit dem Gegenkontaktelementgehäuse 332 als Einheit ausgebildeten Interlock-Gegenkontaktelementgehäuse 352 umgeben, das ebenfalls als Berührschutz bzw. Handling-Schutz dient und die Interlock-Gegenkontaktelemente 350 überragt. Das Gegenkontaktelementgehäuse 332 und das Interlock-Gegenkontaktelementgehäuse 352 sind mit dem Gegenkontaktelementhalter 370 verbunden, im dargestellten Ausführungsbeispiel sogar einstückig ausgebildet. Der Gegenkontaktelementhalter 370 ist von einer Außenseite des Gegensteckverbindergehäuses 310 durch eine Einführöffnung 318 bzw. Einführöffnungen 318 ins Innere 312 des Gegensteckverbindergehäuses 310 eingesteckt und mit einem Gegenkontaktelementhalter-Befestigungsmittel 372 von außen mit dem Gegensteckverbindergehäuse 310 verbunden. Die Einführöffnung 318 für den Gegenkontaktelementhalter 370 beeinträchtigt im dargestellten Ausführungsbeispiel die elektromagnetische Abschirmung aus dem Innern 312 des Gegensteckverbindergehäuses 310 nicht. Denn der Gegensteckverbinder 300 ist hier mit seiner in der Figur unten dargestellten Außenseite mit einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs verbunden (nicht dargestellt). Dadurch sind im mit dem Steckverbinder 200 zusammengesteckten Zustand elektromagnetische Strahlung bzw. elektromagnetische Felder von der Außenumgebung 110 abgeschirmt. Beispielsweise ist der Gegensteckverbinder 300 mit seiner in der 4 unten liegenden Seite ins Innere eines geschirmten Aggregats eingesteckt. Es versteht sich, dass dadurch auch in der Außenumgebung 110 herrschender elektromagnetische Felder bzw. elektromagnetische Strahlung vom Inneren 312 des Gegensteckverbinders 300 bzw. vom Inneren 212 des Steckverbinders 200 abgeschirmt sind.
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Das als male-Kontaktelement 500, z.B. als Kontaktpin bzw. Kontaktmesser ausgebildete Gegenkontaktelement 330 für den Schirmstromkreis weist ein erstes Ende 510 auf Dieses kann in ein female-Kontaktelement eingesteckt werden, beispielsweise in das Kontaktelement 230 für den Schirmstromkreis des Steckverbinders 200. Das male-Kontaktelement 500 kann als starres Kontaktelement 330 einstückig hergestellt sein. Das als male-Kontaktelement 500 ausgebildete Gegenkontaktelement 330 weist ein die Einführöffnung 318 vom Innern 312 nach außen durchragendes zweites Ende 520 auf, welches beispielsweise eine Öse 522 aufweist. Das zweite Ende 520 bzw. die Öse 522 kann von dem weiteren Befestigungsmittel 340, beispielsweise in Form einer Schraube 342 oder eine Niete 344 oder eines Bolzen durchgriffen werden. Mittels des weiteren Befestigungsmittels 340 kann das zweite Ende 520 von der Außenseite des Gegensteckverbindergehäuses 310 aus am Gegensteckverbindergehäuse 310 festgelegt werden.
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Bei der Herstellung des Gegensteckverbinders 300 kann zunächst die Baugruppe des Gegenkontaktelementhalters 370 fertig montiert werden. Anschließend kann sie durch die Einführöffnung 318 des Gegensteckverbindergehäuses 310 eingeschoben werden und schließlich mittels der Gegenkontaktelementhalter-Befestigungsmittels 372 mit dem Gegenkontaktelementgehäuse 310 mechanisch verbunden werden. Anschließend kann das zweite Ende 520 des Gegenkontaktelements 330 am Gegenkontaktelementgehäuse 310 mechanischen und elektrisch befestigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Stelle, an welcher das weitere Befestigungsmittel 340 beispielsweise in die Wand 314 des Gegenkontaktelementgehäuses 310 eingeschraubt ist die Wandstärke erhöht. Dadurch kann bewirkt werden, dass das Befestigungsmittel vollständig in der Wand 314 aufgenommen ist und es kein Leck beispielsweise für elektromagnetische Felder gibt.
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Es versteht sich, dass in hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen das Gegenkontaktelement 330 auch mittels eines Kabels mit dem weiteren Befestigungsmittel 340 und der Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310 elektrisch und mechanisch verbunden sein kann. Ebenso kann das Gegenkontaktelement 330 als female-Kontaktelement ausgebildet sein und das Kontaktelement 230 als male-Kontaktelement.
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In 5 ist die Steckverbinderanordnung 100 im zusammengesteckten Zustand dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Schirmstromkreis einerseits durch das Aneinanderliegen der Wand 214 mit der in die Nut 216 eingeschobenen Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310 geschlossen werden kann. Die Hauptverbindung, die auch über Lebensdauer zuverlässig funktioniert und auch Vibrationsbelastungen thermischen Wechselbelastung widersteht ist jedoch über den folgenden Strompfad hergestellt: der Strom des Schirmstromkreises fließt dabei über die Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210, das Befestigungsmittel 240, den Kabelschuh 235 und das Kabel 234 bis zum Kontaktelement 230 des Schirmstromkreises. Weiter fließt der Strom im zusammengesteckten Zustand über das in das Kontaktelement 230 eingesteckte Gegenkontaktelement 330 zum weiteren Befestigungsmittel 340 und in die Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310. Der Strom kann gleichzeitig oder alternativ je nach Wahl des Materials und des elektrischen Widerstandes des Befestigungsmittels 240 und des weiteren Befestigungsmittels 340 und in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand der Oberfläche der Wände 214, 314 des Steckverbindergehäuses 210 und des Gegensteckverbindergehäuses 310 beispielsweise auch direkt von der Wand 214 des Steckverbindergehäuses 210 in den Kabelschuh 235 und das Kabel 234 bis zum Kontaktelement 230 fließen. Von dort kann der Strom dann über das Gegenkontaktelement 330, z.B. bis zur Öse 522 (oder generell zum mit der Wand 314 verbundenen Ende des Gegenkontaktelements 330) fließen und von dort direkt in die Wand 314 des Gegensteckverbindergehäuses 310. Das Befestigungsmittel 240 und das weitere Befestigungsmittel 340 können z.B. aus einem Material bestehen, das Stahl oder Kupfer oder Aluminium oder eine Metall-Legierung umfasst. Der Kabelschuh 235 und die Öse 522 können z.B. Kupfer umfassen oder eine Kupferlegierung oder Aluminium oder eine Aluminium-Legierung.
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Besonders einfach ist die Herstellung des Steckverbinders 200 dadurch, dass das Steckverbindergehäuse 210 zur Außenumgebung 110 hin offen liegen kann, ohne zusätzlich Isolationsschicht, beispielsweise in Form einer Einbettung in einen Kunststoff.
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Dadurch kann das Steckverbindergehäuse 210 gleichzeitig mehrere Funktionen übernehmen: einen Schirmfunktion gegen das Eindringen bzw. das Austreten von elektromagnetischen Feldern, eine Haltefunktion für die verschiedenen Kontaktelemente, die im Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 angeordnet sind, eine Schutzfunktion gegen das Eindringen von Schmutz und Medien mittels der Nut 216 und der Dichtlippe 292 sowie einen Handligschutz gegen eine Berührung der im Innern 212 des Steckverbindergehäuses 210 angeordneten Hochstrom-Kontaktelemente 220 durch einen Bediener.
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Der Steckverbinder 200 kann ebenso gut als Gegensteckverbinder 300 eingesetzt werden und der Gegensteckverbinder 300 ebenso gut als Steckverbinder 200
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Der vorgeschlagene Steckverbinder 200 bzw. Gegensteckverbinder 300 und die vorgeschlagene Steckverbinderanordnung 100 können für alle Steckverbindungen im Kfz-Bereich mit Hochstrom-Anwendungen Verwendung finden, z.B. als Steckverbinder am Ende von Kabelbäume, die auf Schnittstellen (Gegensteckverbinder) von Aggregaten wie z.B. Motoren, Batterien, Wechselrichter aufgesteckt werden sollen. Unter Kraftfahrzeug können dabei neben Automobilen auch Nutzkraftfahrzeuge, elektrisch betriebene Flugobjekte, z.B. Flugzeuge oder Hubschrauber oder auch elektrisch betriebene schwimmende oder tauchfähige Fahrzeuge verstanden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012110232 A1 [0004]
