DE102015122792B4

DE102015122792B4 - Elektrische Verbindungsanordnung sowie Kombination aus der elektrischen Verbindungsanordnung und aus Leitungen

Info

Publication number: DE102015122792B4
Application number: DE102015122792.4A
Authority: DE
Inventors: Dawid Sebastian Szymura
Original assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Current assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN108701947B; EP3394935A1; EP3394935B1; CN108701947A; US20190181596A1; DE102015122792A1; US10727632B2; WO2017108622A1

Abstract

Elektrische Verbindungsanordnung zur Übertragung mittlerer und hoher Stromdichten bestehend aus – einer Steckbuchse (2) mit zumindest einer Kontaktöffnungen (11) sowie einem Gegenstecker, der folgendes umfasst: – einem Kontaktträger (12), – je Kontaktöffnung (11) einem Kontaktelement (1) bestehend aus einer Kontaktplatte (9), die am Kontaktträger (12) gehalten ist und einem von der Kontaktplatte (9) hervorstehenden und außermittig auf der Kontaktplatte (9) angeordnetem Kontaktpin (4), wobei die Verbindung (5) zwischen dem Kontaktpin (4) und der Kontaktplatte (9) eine ultraschallgeschweißte Verbindung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Kombination aus der elektrischen Verbindungsanordnung und aus Leitungen nach Anspruch 7.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche elektrische Verbindungsanordnungen zur Übertragung hoher Stromdichten bekannt.
Aus der DE 11 2012 001 268 T5 ist ein Verbinder bekannt, der mit Drähten versehen ist sowie Abschirmlagen beinhaltet. Ferner ist ein aus Harz geformtes Teil vorgesehen, um verbundene Teile der Drähte und Anschlusspassstücke zu beinhalten.
Aus der US 2013/0196548 A1 ist eine Ausführungsform eines so genannten C5/C6-Kupplungselementes bekannt, welches im Wesentlichen die gleiche Größe aufweist wie ein unter der Bezeichnung C7/C8 bekanntes Kupplungselement.
Besonders im Automobilbereich finden sich hier zahlreiche Anwendungen. Ein erhöhter Bedarf ist in den letzten Jahren aufgrund der Weiterentwicklung und des Ausbaus der Elektromobilität entstanden. Ein wesentlicher Vorteil bei standardisierten elektrischen Verbindungsanordnungen ist die Möglichkeit, dass ein kostenoptimierter Betrieb von Produktionslinien möglich ist. Ein wesentlicher Nachteil bei den herkömmlichen elektrischen Verbindungsanordnungen ist, dass zum Anschluss größerer Kabelquerschnitte der vorhandene Bauraum im Gehäuse häufig nicht ausreicht und deshalb eine vollständig neue Anordnung der Kontakte im Gehäuse umgesetzt werden muss, die typischerweise einen größeren Bauraum benötigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und einerseits ein Kontaktelement und andererseits eine elektrische Verbindungsanordnung dahingehend zu verbessern, dass auch zum Anschluss unterschiedlicher insbesondere größerer Kabelquerschnitte eine vorhandene Steckbuchse verwendet werden kann. Dies ist besonders bei einigen Anwendungen, wie z. B. Fahrzeuganwendungen von zunehmender Bedeutung, da bauraumbedingt die Größe der Steckbuchse nicht geändert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsmäßig ist daher eine multifunktionale elektrische Verbindungsanordnung zur Übertragung mittlerer und hoher Stromstärken bestehend aus einer Steckbuchse mit Kontaktöffnungen, einem Kontaktträger, und mehreren Kontaktelementen vorzugsweise ausgebildet mit einer Kompaktierung vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kontaktelement besteht aus einer Kontaktplatte und einem von der Kontaktplatte hervorstehenden und außermittig auf der Kontaktplatte angeordnetem Kontaktpin. Die genannte Anordnung der Kontaktpins auf der Kontaktplatte ermöglicht eine variable Gestaltung der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung. Hierdurch können auch bei dichter Anreihung der Kontakte dennoch größere Kabelquerschnitte zur Übertragung höherer Stromdichten an den Kontaktplatten angeschlossen werden, ohne dass die die Kontakte aufnehmende Steckbuchse geändert werden muss. Dies ist besonders durch den begrenzten und vorbestimmten Bauraum ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontaktpin des Kontaktelements orthogonal zu der Kontaktplatte angeordnet. Die multifunktionale elektrische Verbindungsanordnung besteht im Wesentlichen aus der Steckbuchse, den Kontaktelementen, dem Kontaktträger, wobei der Anschlussbereich des Kabels vorzugsweise mittels Kompaktierung geformt ist, so dass eine direkte Verbindung des Kabels an der Kontaktplatte (ohne ein Verbindungselement) möglich ist. Bezüglich der Kontaktplatte und den Öffnungen der Steckbuchse orthogonal angeordnete Kontaktelemente erleichtern zusätzlich das Einstecken in die Öffnung der Steckbuchse.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Kontaktträger Vertiefungen (Kavitäten) zur Aufnahme der Kontaktelemente besitzt. Die Kontaktelemente sind an den Kontaktpins innerhalb der Steckbuchse und auf der gegenüberliegenden Seite mit der Kontaktplatte in der genannten jeweiligen Vertiefung des Kontaktträgers gehalten. Zusätzlich sind die einzelnen stromführenden Kontaktelemente voneinander beabstandet und elektrisch isoliert.
Insbesondere sind die Kontaktelemente in dem Kontaktträger gehalten und werden als vormontierte Einheit in die Steckbuchse eingesteckt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kompaktierung unmittelbar an die Kontaktplatte des Kontaktelements angeordnet. Elektrische Verluste aufgrund des Übergangswiderstandes sind bei der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung so gering wie möglich zu halten. Dies wird durch die Wahl geeigneter Kontaktierungen an den Übergängen der einzelnen Komponenten der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung erreicht. Die Kompaktierung ist aus diesem Grund vorteilhafterweise mit einer nicht lösbaren Verbindung an die Kontaktplatte des Kontaktelements angeordnet.
Ferner ist eine Ausführung vorteilhaft, bei der die Verbindung zwischen den Kontaktpins und der Kontaktplatte eine vorzugsweise geschweißte Verbindung ist. Zu der Herstellung nicht lösbarer Verbindungen in bereits verwendeten Kontaktelementen wird häufig ein Hartlötprozess eingesetzt. Im Gegensatz zum Schweißen wird hierbei nicht das Bauteil selbst, sonst ein Lot durch Temperatureinwirkung lokal aufgeschmolzen und verbindet Kontaktpin und Kontaktplatte. Eine Verbindung höherer Festigkeit ist durch die Verwendung der Schweißtechnik gewährleistet. Der Kontaktpin und die Kontaktplatte werden an einer Verbindungsstelle während des Schweißens lokal aufgeschmolzen und bilden nach dem Erstarren eine nicht lösbare Verbindung mit sehr hoher Festigkeit. Hierdurch ist neben einer hohen mechanischen Festigkeit auch ein elektrisch gut leitfähiger Übergangsbereich zwischen Kontaktplatte und dem jeweiligen Kontaktpin des Kontaktelements entstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktpins des Kontaktelements formschlüssig zu den Kontaktöffnungen der Steckbuchse ausgebildet und ein Anfangsabschnitt des Kontaktelements ist in der Kontaktöffnung der Steckbuchse eingerastet, wodurch ein Herausfallen verhindert wird. Gleichzeitig ist eine Montage und Demontage der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung ohne spezielles Werkzeug möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kontaktpin einen Anfangsabschnitt, einen Mittelabschnitt und einen Endabschnitt aufweist und ein Durchmesser d₁ des Mittelabschnittes kleiner ist, als ein Durchmesser d₂ des Endabschnittes. Die Kontaktpins der Kontaktelemente sind vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern für die verschiedenen Abschnitte vorgesehen, sodass eine vereinfachte Montage der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung erleichtert wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Mittelabschnitt und dem Endabschnitt aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser d₁ und d₂ eine Stufe ausgebildet.
Als vorteilhafte Ausführung ist vorgesehen, dass die Leitungsanschlussbereiche mit der Kontaktplatte zumindest teilweise außerzentrisch bezüglich des Zentrums der Kontaktplatte gehalten sind und die Kontaktelemente auf der Kontaktplatte zumindest teilweise außerhalb des Zentrums angeordnet sind. Neben einer außerzentrischen Anordnung der Kontaktpins auf der Kontaktplatte, ist eine zusätzliche außermittige Anordnung der Kompaktierung mit der daran gehalten Leitung vorteilhalft um bei bestehendem Bauraum, Leitungen mit einem größeren Querschnitt verwenden zu können. Hierdurch können höhere Stromdichten übertragen werden.
In einer Weiterentwicklung der elektrischen Verbindungsanordnung ist vorgesehen, dass die Kompaktierung eine bestimmungsmäßig nicht lösbare Verbindung zu der Kontaktplatte bildet. Zur Vermeidung unerwünschter Übergangswiderstände ist eine nichtlösbare Verbindung zwischen der Kontaktplatte und der Kompaktierung vorgesehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements;
2 eine perspektivische Gesamtdarstellung der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung;
3 eine Vorderansicht der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung.
1 zeigt eine Ausführungsvariante eines Kontaktelements 1 in einer perspektivischen Darstellung. Hierbei ist der Kontaktpin 4 des Kontaktelements 1 an der Kontaktplatte 9 über eine Verbindung 5 außerzentrisch bezüglich eines Zentrums der Kontaktplatte 9 gehalten. Der Kontaktpin 4 ist mit einem stirnseitigen Anfangsabschnitt 14, einem Mittelabschnitt 16 mit einem Durchmesser d₁ und einem Endabschnitt 17 mit einem Durchmesser d₂ ausgestaltet, wobei der Durchmesser d₁ kleiner ist als der Durchmesser d₂. Hierdurch entsteht zwischen dem Mittelabschnitt 16 und dem Endabschnitt 17 eine Stufe 15, die als Anschlag für die in die wie in 3 gezeigten Kontaktöffnungen 11 dienen und den Abstand zwischen der in 2 gezeigten Steckbuchse 2 und dem Kontaktträger 12 definieren. Die Verbindung 5 ist eine bestimmungsgemäß nicht lösbare Verbindung, welche vorzugsweise als Schweißverbindung ausgeführt ist. Vorteil gegenüber beispielsweise auch zur Anwendung kommender Verfahren wie das Hartlöten, ist die lokale Aufschmelzung der Kontaktflächen des Kontaktpins 4 und einem Bereich der Kontaktplatte 9, so dass eine mechanisch sehr stabile Verbindung mit gleichzeitig niedrigem Übergangswiderstand entsteht.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung zur Übertragung mittlerer und hoher Stromstärken bestehend aus einer Steckbuchse 2, einem Kontaktträger 12 und drei elektrisch leitfähigen Kontaktelementen 1, welche in einer Richtung als Kontaktpin 4 und auf der gegenüberliegenden Seite als Kontaktplatte 9 ausgebildet sind. Hierbei sind die Kontaktpins 4 der Kontaktelemente 1 in den in 3 gezeigte Kontaktöffnungen 11 der Steckbuchse 2 formschlüssig gehalten und die Kontaktplatten 9 am Kontaktträger 12 gehalten. Eine elektrische Leitung bildet eine Kompaktierung 3 aus, mit der sie an der Kontaktplatte 9 befestigt ist. Die Kontaktpins 4 der Kontaktelemente 1 sind bezüglich eines Mittelpunktes der Kontaktplatte 9 außermittig angeordnet.
3 zeigt eine Vorderansicht der multifunktionalen elektrischen Verbindungsanordnung. Aus 3 ist ersichtlich, dass von den drei Kompaktierungen 3 nur die mittige Kompaktierung 3 bezüglich der Position des Kontaktelements 1 zentrisch angeordnet ist. Die beiden außenliegenden Kompaktierungen sind jeweils in Richtung einer äußeren Kante des Kontakträgers 12 horizontal nach Außen verschoben. Bei gleichzeitiger außermittiger Anordnung der in 2 gezeigten Kontaktpins 4 auf der Kontaktplatte 9 ist es möglich mit der Steckbuchse 2, Leitungen mit einem größeren Querschnitt zu verwenden, um höhere Stromstärken zu übertragen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise sind elektrisch leitfähige Elemente der elektrischen Verbindungsanordnung vorzugsweise aus Kupfer, wobei auch andere Materialen denkbar sind.

Claims

Elektrische Verbindungsanordnung zur Übertragung mittlerer und hoher Stromdichten bestehend aus – einer Steckbuchse (2) mit zumindest einer Kontaktöffnung (11) sowie einem Gegenstecker, der folgendes umfasst: – einen Kontaktträger (12), – je Kontaktöffnung (11) ein Kontaktelement (1) bestehend aus einer Kontaktplatte (9), die am Kontaktträger (12) gehalten ist, und einem von der Kontaktplatte (9) hervorstehenden und außermittig auf der Kontaktplatte (9) angeordneten Kontaktpin (4), wobei die Verbindung (5) zwischen dem Kontaktpin (4) und der Kontaktplatte (9) eine ultraschallgeschweißte Verbindung ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpin (1) des Kontaktelements (1) orthogonal zu der Kontaktplatte (9) angeordnet ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (12) Vertiefungen (13) zur Aufnahme der Kontaktelemente (1) besitzt.
Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpins (4) formschlüssig zu den Kontaktöffnungen (11) ausgebildet sind und ein Anfangsabschnitt (14) des Kontaktelements (1) in der Kontaktöffnung (11) der Steckbuchse (2) einrastet.
Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpin (4) einen stirnseitigen Anfangsabschnitt (14), einen Mittelabschnitt (16) und einen Endabschnitt (17) aufweist und ein Durchmesser d₁ des Mittelabschnittes (16) kleiner ist, als ein Durchmesser d₂ des Endabschnittes (17).
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mittelabschnitt (16) und dem Endabschnitt (17) aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser d₁ und d₂ eine Stufe (15) ausgebildet ist, welche eine maximale Einstecktiefe der Kontaktelemente (1) in die Kontaktöffnungen (11) bestimmt.
Kombination aus der elektrischen Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und aus Leitungen, deren Enden mittels einer Kompaktierung (3) geformt sind und unmittelbar an den jeweiligen Kontaktplatten (9) angeschlossen sind.
Kombination aus der elektrischen Verbindungsanordnung und aus Leitungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kompaktierung (3) ausgebildeten Leitungsanschlussbereiche mit der Kontaktplatte (9) zumindest teilweise außerzentriert bezüglich einer Achse durch das Zentrum der Kontaktplatte (9) gehalten sind.