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Hintergrund der Erfindung
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In Fahrzeugen sind zahlreiche Komponenten, die nacheinander montiert werden. Um deren Interaktion zu gewährleisten, werden Steckverbindungen verwendet, insbesondere um elektrische Leistung, mechanische Leistung oder Fluide zu übertragen. Bei Steckverbindungen besteht das Problem, dass sich diese lösen können, wodurch eine Funktion nicht dargestellt werden kann, Fehler oder Störungen auftreten oder eine gefährliche Situation entsteht. Insbesondere bei Hochvolt-Steckverbindungen können Gefahrensituationen auftreten, wenn sich Steckverbindungen lockern und ggf. leitende Teile freigestellt werden.
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Kraftfahrzeuge, die über einen elektrischen Antrieb verfügen, sind mit einem Traktionsenergiespeicher ausgestattet, um den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Um höhere Leistungsniveaus zu erreichen, verfügt der Traktionsenergiespeicher über eine hohe Nennspannung. Es sind gerade bei Spannungen über 60 Volt Mechanismen erforderlich, um eine Schädigung durch Stromschlag vermeiden.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 001 764 A1 beschreibt eine Sicherheitseinrichtung, die unter anderem über Interlockkontakte verfügt. Derartige Kontakte werden bei Hochvolt-Steckverbindungen verwendet, um über einen Steckverbindungskontakt, der im gleichen Stecksystem wie Hochvolt-Steckverbindungen angeordnet ist, ermittelt zu können, ob das Stecksystem sich im eingesteckten Zustand befindet, oder ob Hochvoltkontakte nicht eingesteckt sind und somit bloß liegen. Abhängig von der Erfassung des Steckzustands wird der Traktionsenergiespeicher abgetrennt bzw. es werden verbleibende Ladungen hoher Spannung ausgeglichen, um einen Stromschlag durch berühren eines nicht eingesteckten Kontakts (oder einer damit elektrisch verbundenen Komponente) zu vermeiden. Interlockkontakte werden gemäß dem Stand der Technik über Leitungen an eine Auswertungsschaltung angeschlossen, wodurch sich die Verbindung zwischen einem Steckverbinder und einer Vorrichtung, die diesen umfasst bei engem Bauraum schwierig herstellen lässt.
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Im Weiteren sind Möglichkeiten zur Vereinfachung der Anbindung von Interlockkontakten dargestellt.
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Abriss der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausgestaltungsformen, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich mit den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung und den Figuren.
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Es wird vorgeschlagen, Interlockkontakte eines Steckverbinders über zumindest ein kontaktloses Kopplungselement anzuschließen. Dadurch, dass ein kontaktloses Kopplungselement verwendet wird, ist die Montage vereinfacht. Insbesondere muss bei der Montage des Steckverbinders (etwa an eine Vorrichtung) nicht darauf geachtet werden, dass auch die Interlockkontakte über eine Leitung und ggf. über einen Steckkontakt anzuschließen sind.
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Es wird ein Steckverbinder für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Insbesondere ist der Steckverbinder für ein Vorrichtung des Kraftfahrzeugs vorgesehen, insbesondere für eine Vorrichtung, die über eine Steckverbindung angeschlossen wird. Die Steckverbindung kann eine pneumatische, hydraulische, mechanische oder auch elektrische Steckverbindung sein. Die Steckverbindung kann vornehmlich zur Leistungsübertragung (etwa elektrische Leistung, mechanische Leistung wie eine Drehbewegung oder Druckluft) vorgesehen sein oder kann vornehmlich zur Medienübertragung, etwa Kühlmedium, Treibstoff, Nutz-Flüssigkeiten wie Bremsflüssigkeit, Harnstofflösung oder Reinigungslösung, vorgesehen sein. Dies betrifft auch insbesondere Steckkontakte des Steckverbinders. Der Steckverbinder bzw. die Steckkontakte sind insbesondere Hochvolt-Steckverbinder bzw. Steckkontakte.
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Der Steckverbinder umfasst einen oder mehrere Steckkontakte, insbesondere elektromechanische Kontakte. Der Steckverbinder umfasst ferner einen Zwischenkreis. Der Zwischenkreis ist mit einem ersten kontaktlosen Kopplungselement und elektromechanischen Interlockkontakten ausgestattet. Der Zwischenkreis überbrückt eine Distanz zwischen dem Kopplungselement und den elektromechanischen Interlockkontakten. Der Zwischenkreis transformiert die auf physischen Kontakt beruhenden Interlockkontakten zu einer kontaktlosen Schnittstellte in Form des kontaktlosen Kopplungselements.
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Das erste kontaktlose Kopplungselement ist mit den Interlockkontakten verbunden, insbesondere über eine Leitung, die sich entlang des Steckverbinders erstreckt. Die Leitung kann innerhalb des Steckverbinders verlaufen. Der Steckverbinder kann einen elektrisch isolierenden Steckerkörper umfassen. Der Begriff Steckerkörper ist die Kurzform für den Begriff Steckverbinderkörper. Innerhalb dem Steckerkörper kann sich die Leitung erstrecken. Die Interlockkontakte erstrecken sich zumindest teilweise außerhalb des Steckerkörpers bzw. sind von außerhalb des Steckerkörpers kontaktierbar. Das Kopplungselement ist innerhalb oder an dem Steckerkörper angebracht.
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Das kontaktlose Kopplungselement und die Interlockkontakte sind an unterschiedlichen Seiten des Steckverbinders angeordnet, insbesondere an entgegengesetzten Seiten des Steckverbinders. Das kontaktlose Kopplungselement kann vorrichtungsseitig vorgesehen sein, d. h. an einer Seite des Steckverbinders, die an eine anzuschließende Vorrichtung befestigt wird. Das Befestigen kann auch ein Einstecken einer Seite des Steckverbinders umfassen, insbesondere der Seite, an oder in der der Steckverbinder das kontaktlose Kopplungselement trägt. Die Vorrichtung kann hierbei zur Einsteckmontage des Steckverbinders vorgesehen sein, wobei auch der Steckverbinder zur Einsteckmontage in die Vorrichtung (teilweises einstecken) ausgebildet sein kann.
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Das erste kontaktlose Kopplungselement kann eine Spule oder ein Elektrodenpaar aufweisen. Die Spule kann als gewickelte Spule mit oder ohne Kern ausgeführt sein, oder als Spule, deren Induktivität durch Leiterbahnspirale einer Leiterplatte definiert ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des Durchmessers bzw. der Quadratwurzel der Querschnittsfläche der Spule bezogen auf die Länge der Spule mindestens 1, 5, 10, und vorzugsweise mindestens 20, 50 oder 100, insbesondere mindestens 200, 500 oder 1000. Die Spule ist vorzugsweise von einer Isolierschicht (insbesondere vollständig) bedeckt, insbesondere von dem Isolator der Leiterplatte. Ferner kann die Spule von einem Abschnitt des Steckverbinderkörpers bzw. des Steckverbinders bedeckt sein.
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Das Elektrodenpaar ist vorzugsweise von einer Isolierschicht oder einem Abschnitt des Steckverbinderkörpers bzw. des Steckverbinders bedeckt, insbesondere vollständig. Das Elektrodenpaar (oder auch die Spule) kann jedoch auch auf dem Steckverbinder oder auf dem Steckverbinderkörper angeordnet sein. Das Elektrodenpaar umfasst vorzugsweise zwei Elektrodenflächen, die nebeneinander liegen. Der Winkel zwischen den Elektrodenflächen beträgt vorzugsweise mindestens 90°, mindestens 120° oder mindestens 160°. Die Elektrodenflächen erstrecken sich vorzugsweise auf der gleichen Ebene oder auf der gleichen Umfangsfläche.
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Sofern das erste Kopplungselement die Spule umfasst, kann der Zwischenkreis ferner eine Kapazität aufweisen. Diese ist parallel oder seriell zu Spule geschaltet. Die Spule und die Kapazität können so einen Schwingkreis bilden. Im Falle eines Reihenschwingkreises ist dieser abhängig vom Belegtzustand des Steckverbinders offen oder über die Kopplungselemente (und einen eingesteckten weiteren Steckverbinder) geschlossen. Im Falle eines Parallelschwingkreises ist dieser abhängig vom Belegtzustand des Steckverbinders über die Kopplungselemente (und einen eingesteckten weiteren Steckverbinder) überbrückt oder nicht überbrückt (d. h. schwingt frei).
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Sofern das erste Kopplungselement das Elektrodenpaar umfasst, kann der Zwischenkreis ferner eine Schwingkreis-Induktivität aufweisen. Diese ist parallel oder seriell zum Elektrodenpaar geschaltet. Das Elektrondenpaar (zusammen mit einem komplementären Elektrodenpaar eines ggf. eingesteckten weiteren Steckverbinders) und Schwingkreis-Induktivität können so einen Schwingkreis bilden. Auch hier ist der Reihenschwingkreises bei unterschiedlichen Belegtzuständen unterschiedlich konfiguriert bzw. angeschlossen. Der weitere Steckverbinder ist komplementär zum (ersten) Steckverbinder ausgebildet.
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Das erste Kopplungselement und die Kapazität bzw. das erste Kopplungselement und die Schwingkreis-Induktivität können daher einen Parallel- oder Reihen-Resonanzkreis bilden.
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Vorangehend wurde ein Steckverbinder beschrieben, der als erster Steckerbinder bezeichnet werden kann, und der eingerichtet ist, eine lösbare Steckverbindung mit einem eingesteckten weiteren Steckverbinder zu bilden. Im Weiteren wird ein Steckverbinder beschrieben, der eingerichtet ist, in eine Vorrichtung eingesteckt zu werden, um dort montiert zu werden, oder der ein Schnittstellenabschnitt einer Vorrichtung ist. Dieser im Weiteren beschriebene Steckverbinder kann als zweiter Steckverbinder betrachtet werden. Insbesondere ist dieser zweite Steckverbinder entweder eine Komponente, die einen Anschluss an eine Vorrichtung realisiert, oder Teil der Vorrichtung zu sein, oder ist eine Komponente, als Teil der Vorrichtung betrachtet. Der zweite Steckverbinder ist komplementär zu einem Anschlussabschnitt der Vorrichtung ausgebildet, an dem der zweite Steckverbinder mittels einer Steckverbindung (und ggf. weiteren Verbindungen) montiert wird. Ferner ist der zweite Steckverbinder komplementär zum ersten Steckverbinder ausgebildet.
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Es wird daher ein Steckverbinder („zweiter Steckverbinder”) einer Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Vorrichtung ist zum Anschluss an zumindest eine weitere Komponente des Fahrzeugs ausgebildet. Die Vorrichtung kann eine Leistungselektronik, ein Einrichtung mit einer Leistungselektronik, ein Inverter, ein elektrischer Antriebs bzw. Startergenerator, eine Batterie, eine pneumatisch oder hydraulisch betriebene Komponente oder eine zu kühlenden Komponenten oder eine mit Fluid zu versorgenden Komponente sein.
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Der (zweite) Steckverbinder weist ein zweites kontaktloses Kopplungselement auf. Das zweite Kopplungselement ist eingerichtet, mit dem ersten Kopplungselement des Steckverbinders nach einem der Ansprüche 1–4 induktiv oder kapazitiv zu koppeln. Das erste und das zweite Kopplungselement bilden eine kontaktlose Schnittstelle zwischen der Vorrichtung selbst und dem (zweiten) Steckverbinder.
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Das zweite Kopplungselement kann eine Spule oder ein Elektrodenpaar aufweisen. Die Spule bzw. das Elektrodenpaar kann ausgebildet sein, wie die Spule bzw. das Elektrodenpaar des eingangs beschriebenen (d. h. ersten) Steckverbinders.
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Das zweite Kopplungselement kann die Spule umfassen, mit einer Kapazität parallel oder seriell geschaltet ist. Es ergibt sich ein Resonanzkreis. Alternativ kann das zweite Kopplungselement das Elektrodenpaar umfassen, die mit einer Schwingkreis-Induktivität parallel oder seriell verbunden ist. Die Kapazität bzw. die Schwingkreis-Induktivität kann als diskretes elektrisches Bauelement ausgebildet sein. Der Schwingkreis des zweiten Kopplungselements hat vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz wie der Schwingkreis (bzw. Resonanzkreis), der an das erste Kopplungselement angeschlossen ist bzw. zumindest teilweise von diesem gebildet wird.
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Ferner wird eine Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Dieser weist einen Steckverbinder wie vorangehend beschrieben auf (d. h. eine Steckverbinder ausgebildet gemäß dem zweiten Steckverbinder). Die Vorrichtung umfasst einen Signalgenerator aufweist. Dieser ist anregend mit dem zweiten Kopplungselement anregend verbunden. Der Signalgenerator kann mit dem zweiten Kopplungselement leitungsbasiert, d. h. über eine Leitung, verbunden sein, oder kann über eine kontaktlose Schnittstelle mit diesem verbinden sein. Die kontaktlose Schnittstelle kann von einem dritten und einem vierten Kopplungselement ausgebildet sein, die (in eingestecktem Zustand) kapazitiv oder induktiv miteinander gekoppelt sind. Das dritte und vierte Kopplungselement kann wie das erste und das zweite Kopplungselement (d. h. das Kopplungselement des ersten und des zweiten Steckverbinders) ausgebildet sein.
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Die Vorrichtung (oder auch nur der zweite Steckverbinder) kann ferner eine Auswertungsschaltung aufweisen. Diese ist vorzugsweise mit dem zweiten Kopplungselement verbunden. Die Auswertungsschaltung ist insbesondere eingerichtet, die dort anliegende Signalamplitude zu erfassen und anhand der Höhe der Signalamplitude den Belegtzustand des Steckverbinders zu ermitteln. Hierzu kann die Auswertungsschaltung einen Vergleicher und einen vorgegebenen Schwellenwert aufweisen, wobei der Vergleicher eingerichtet ist, den Pegel bzw. die Amplitude des betreffenden Kopplungselements auszuwerten. Sind ein drittes und viertes Kopplungselement vorgesehen, so ist die Auswertungsschaltung mit dem vierten Kopplungselement verbunden. Dies betrifft auch den Signalgenerator. Der Signalgenerator ist vorzugsweise über einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Induktivität mit dem betreffenden Kopplungselement verbunden, während die Auswertungsschaltung vorzugsweise direkt mit dem betreffenden Kopplungselement verbunden ist.
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Wie erwähnt kann der Signalgenerator über ein drittes Kopplungselement induktiv oder kapazitiv (d. h. kontaktlos) mit einem vierten kontaktlosen Kopplungselement gekoppelt sein. Das dritte kontaktlose Kopplungselement ist insbesondere über eine Leitung, die sich über einen Abstand erstreckt, mit dem zweiten Kopplungselement verbunden. Diese Strecke kann auch als Verlängerung betrachtet werden.
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Der erste Steckverbinder ist insbesondere als Buchse oder auch als Stecker ausgebildet. Der zweite Steckverbinder bzw. der betreffende Abschnitt der Vorrichtung ist insbesondere als Stecker oder auch als Buchse ausgebildet, vorzugsweise komplementär zum ersten Steckverbinder. Der weitere Steckverbinder, der zum Einstecken in den ersten Steckverbinder vorgesehen ist, ist komplementär zum ersten Steckverbinder ausgebildet. Der weitere Steckverbinder insbesondere als Stecker oder auch als Buchse ausgebildet. Der weitere und der erste Steckverbinder bilden zwei Seiten eines Stecksystems im Sinne eines Steckers und einer dazu passenden Buchse. Der erste Steckverbinder und der zweite Steckverbinder bilden zwei Seiten eines Stecksystems im Sinne eines Steckers und einer dazu passenden Buchse.
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Die Steckverbinder bzw. die Steckkontakte können pneumatische, hydraulische, mechanische oder auch elektrische Steckverbinder sein. Die Steckverbinder bzw. die Steckkontakte können vornehmlich zur Leistungsübertragung (etwa elektrische Leistung, mechanische Leistung wie eine Drehbewegung oder Druckluft) vorgesehen sein oder vornehmlich zur Medienübertragung, etwa Kühlmedium, Treibstoff, Nutz-Flüssigkeiten wie Bremsflüssigkeit, Harnstofflösung oder Reinigungslösung. Die Steckverbinder bzw. die Steckkontakte können insbesondere elektromechanische Verbinder sein, etwa Niedervolt- oder vorzugsweise Hochvolt-Steckverbinder bzw. Hochvolt-Steckkontakte.
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Als ”kontaktlos” wird hierbei die Eigenschaft bezeichnet, mittels drahtlos übertragenem Wechselsignal zu interagieren bzw. zu arbeiten. Dies entspricht der Eigenschaft der Auswerteschaltung, einen Steckzustand mittels eines Wechselsignals zu erfassen bzw. der Fähigkeit, induktiv oder kapazitiv weiteren Steckverbinder gekoppelt zu werden.
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Der weitere Steckerverbinder, zu dessen Anschluss der erste Steckverbinder eingerichtet ist, umfasst Interlockkontakte, die kurzgeschlossen sind oder die über einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Induktivität miteinander verbunden sind. Ist dieser eingesteckt, hat dies Auswirkungen auf die Kopplungselemente, die an die Auswerteschaltung bzw. an den Signalgenerator angeschlossen sind. Die Auswerteschaltung kann so (über eine oder mehrere kontaktlose Kopplungen) den Belegtzustand erfassen, d. h. kann erfassen, ob der erste Steckverbinder belegt ist, oder nicht.
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Da die Ermittlung des Steckzustands darauf beruht, dass der Steckzustand mittels eines Wechselsignals abgetastet wird, ist die Beeinflussung durch elektrostatische und insbesondere magnetostatische Felder, wie sie bei hohen Gleichströmen auftreten, stark verringert.
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Der (erste) Steckverbinder kann zum pump- oder tankseitigen Anschluss vorgesehen sein, etwa zum Anschluss eines Fluidtanks oder einer Fluidpumpe.
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Der Signalgenerator ist eingerichtet, den Resonanzkreis des betreffenden Steckverbinders anzuregen oder zumindest einem Element, das mit den Interlockkontakten verbunden ist, ein Signal zuzuführen. Von diesem wird seitens der Auswerteschaltung ein Rücksignal (Dämpfung, Phasenverschiebung, Resonanzfall) empfangen. Der Signalgenerator gibt insbesondere ein Signal mit einer Wechselsignalkomponente ab (insbesondere eine Wechselspannungskomponente), die eingerichtet ist, den Resonanzkreis (des zweiten und somit auch indirekt des ersten Steckverbinders) anzuregen. Die Frequenz der Wechselsignalkomponente entspricht im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises des zweiten Steckverbinders. Die Frequenz der Wechselsignalkomponente entspricht ferner im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises des ersten Steckverbinders. Die Wechselsignalkomponente entspricht vorzugsweise mindestens 20%, 50% oder 90% des Leistungsspektrums des vom Signalgenerator abgegebenen Signals. Der Signalgenerator kann ein Flip-Flop, ein zur Abgabe eines Rechtecksignals programmierter Prozessor oder ein anderer Rechtecksignalgenerator sein. Diesem ist vorzugsweise ein Bandpass nachgeschaltet, dessen Mittenfrequenz im Wesentlichen der Resonanzfrequenz der Resonanzfrequenz der betreffenden Resonanzkreise bzw. dessen Resonanzkreis entspricht. Der Bandpass ist eingerichtet, aus dem Rechtecksignal des Signalgenerators ein Sinussignal (ggf. mit verbleibenden Oberwellen) zu erzeugen. Der Signalgenerator kann ferner ein Sinus-Signalgenerator sein.
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Insbesondere besteht eine mechanische Verbindung zwischen der zweite Steckverbindung und einem Kupplungsgehäuse bzw. einer Kupplungsglocke. Die weitere kontaktlose Kopplung, welche von dem dritten und vierten Kopplungselement ermöglicht wird, verbindet die (zweite) Steckverbindung und der Vorrichtung, insbesondere einer Kupplung, einem Getriebe bzw. dessen Gehäuse, beispielsweise einer Kupplungsglocke. Die Vorrichtung umfasst insbesondere eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrischen Traktionsmotor oder einen Startergenerator und vorzugsweise auch Leistungselektronik, etwa einen Inverter. Das Kopplungselement, das direkt (d. h. leitend) mit Signalgenerator verbunden ist (d. h. ein Elektrodenpaar oder eine Spule), kann sich auf einer Leiterplatte befinden, das in der weiteren Vorrichtung und insbesondere in der Kupplungsglocke fest montiert ist. Das Kopplungselement, welches zur drahtlosen Kopplung mit demjenigen Kopplungselement vorgesehen ist, welches direkt mit dem Signalgenerator verbunden ist (d. h. das dritte oder vierte Kopplungselement) kann sich an oder in einem Halterungselement befinden, in oder auf einem Leistungsfilter angeordnet ist. Das Halterungselement ist insbesondere ein Spritzgussteil. Das Halterungselement ist vorzugsweise ein Teil der Vorrichtung und ist kein Teil des zweiten Steckverbinders. Das dritte Kopplungselement kann an oder in einer Steckerwanne des (zweiten) Steckverbinders angeordnet sein. Die in diesem Absatz erwähnten elektrischen Komponenten, etwa die Leistungselektronik, die Steckverbindung oder der Traktionsmotor, sind insbesondere Hochvolt-Komponenten.
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Das dritte und das vierte Kopplungselement sind zueinander ausgerichtet bzw. fluchten zumindest teilweise miteinander.
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Der erste Steckverbinder und der zweite Steckverbinder bilden ggf. mit weiteren Komponenten ein Stecksystem. Der Steckkontakte des ersten Steckverbinders und des zweiten Steckverbinders sind zueinander komplementär ausgebildet. Dies betrifft insbesondere die Geometrie und die Abmaße der betreffenden Steckkontakte. Sind ferner mechanische Führungs- oder Schutzelemente an den Steckverbindern vorgesehen, dann sind auch diese zueinander in diesem Sinne komplentär zueinander ausgebildet. Die Steckverbinder und insbesondere deren Steckkontakte (ein oder mehrere) sind eingerichtet, mittels eines Presssitzes miteinander verbunden zu werden. Der erste und der zweite Steckverbinder sind insbesondere elektrische Steckverbinder, beispielsweise Hochvolt-Steckverbinder.
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Die Steckkontakte bzw. die Interlockkontakte sind vorzugsweise auf einer Stirnseite des ersten bzw. des weiteren Steckverbinders vorgesehen. Die Stirnseite kann von Führungs- oder Schutzelementen umgeben sein. Die Führungs- oder Schutzelemente sind Teil des betreffenden Steckverbinderkörpers oder sind mit diesem fest verbunden.
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Die Resonanzkreise des ersten und des zweiten Steckverbinders sind mit der im Wesentlichen gleichen Resonanzfrequenz ausgestattet. Hierzu werden auch Resonanzfrequenzen gerechnet, die (beispielsweise um weniger als 10%, 5% oder 2%) voneinander abweichen, sofern die Resonanzkreise eingerichtet sind, resonant gekoppelt zu werden.
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Als kontaktlose Kopplungen werden Kopplungen bezeichnet, die eine Signalübertragung ohne elektromechanischen Kontakt bzw. ohne elektrischen Steckkontakt ermöglichen. Der Begrifft „kontaktlos” betrifft nur die elektrischen Aspekte. So kann eine kontaktlose Kopplung durchaus eine mechanische (lösbare oder nicht lösbare) Verbindung umfassen. Diese ist jedoch insbesondere rein mechanisch und nicht elektrisch.
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Die 1–3 dienen zur symbolhaften Darstellung von Steckverbindern und Vorrichtungen.
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Die 1 zeigt einen ersten Steckverbinder 220, einen zweiten Steckverbinder 230, der an einer Vorrichtung 240 befestigt ist, beispielsweise ein Hochvolteinheit oder eine Kupplung mit einer Einheit. Diese Einheit ist insbesondere eine elektrische Einheit und kann beispielsweise ein Inverter oder eine elektrische Maschine sein. Die Einheit ist nicht vollständig dargestellt, lediglich ein Gehäuseabschnitt 241 ist gezeigt, in den ein Teil des zweiten Steckverbinders 220 eingesteckt ist. Die Einheit ist insbesondere eine Hochvolt-Einheit und der Steckverbinder 220 ist insbesondere ein Hochvolt-Steckverbinder.
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Ein weiterer Steckverbinder 210 ist komplementär zu dem ersten Steckverbinder 220 ausgebildet. Der erste Steckverbinder 220 weist zwei Interlockkontakte 223 auf. Diese sind über eine Leitung 251 mit einem Kopplungselement in Form einer Spule 250 verbunden. Die Leitung und die Spule sind Teil des ersten Steckverbinders 220 und erstrecken sich in oder an einem elektrisch isolierenden Steckverbinderkörper 221 des ersten Steckverbinders 220. Eine Kapazität 223 ist parallel zu der Spule 250 angeschlossen, kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform auch seriell hierzu angeschlossen sein. Der weitere Steckverbinder 210 weist zwei Interlockkontakte 213 auf, die über eine Element 214 (etwa eine Kurzschlussbrücke oder ein Widerstand) miteinander verbunden sind. Die Spule 214 des ersten Steckverbinders dient als Kopplungselement. Die Spule 214 und der Kondensator 213 bilden zusammen einen Resonanzkreis im Sinne eines einen induktiv anregbaren Steckerfassungs-Antwortgebers, dessen Antwort von der Anwesenheit des weiteren Steckverbinders 210 abhängt.
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Der weitere Steckverbinder weist einen Steckkontakt 212 auf, der sich innerhalb eines Steckverbinderkörpers 211 befindet. Der Steckkontakt 212 (als Stecker ausgebildet) ist in einen Steckverbinder 222 des ersten Steckverbinders 220 einsteckbar.
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Auch der erste Steckverbinder 220 umfasst einen Steckverbinderkörper 221. An bzw. in diesem sind die Interlockkontakte 223 vorgesehen. Der Steckverbinder 220 ist insbesondere ein Hochvolt-Steckverbinder.
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Der erste Steckverbinder 221 weist ferner einen Zwischenkreis auf, der sich aus der Zuleitung 251 und der Spule 250 sowie aus den Interlockkontakten 223 ergibt. Die Spule 250 ist an einem Ende des ersten Steckverbinders 220, das dem Ende entgegengesetzt ist, an dem sich die Interlockkontakten 223 befinden. Damit überbrückt der Zwischenkreis den ersten Steckverbinder 220 entlang seiner Länge.
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Die Vorrichtung 240 umfasst eine Leiterplatte 242 bzw. einen Schaltungsträger 242, auf dem sich eine Spule 234 befindet. Die Spule 234 ist (mittels der dargestellten Leiterplatte 242 oder auch ohne Leiterplatte 242) in oder an der Vorrichtung 240 befestigt. Insbesondere ist die Spule 234 an dem Körper 241 (entsprechend einem Anschlussabschnitt der Vorrichtung 240) befestigt oder in diesen eingelassen. Die Leiterplatte 242 kann eine Steuerplatine sein.
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Die Spule 234 kann von einer spiralförmigen Leiterbahn der Leiterplatte 242 gebildet werden. Die Leiterplatte 242 umfasst ferner einen Kondensator 233. Dieser bildet zusammen mit der Spule 234 einen Schwingkreis. An diesen ist über ein Bauelement 231 ein Signalgenerator 230 angeschlossen. Ferner ist eine Auswertungsschaltung 232 an den Resonanzkreis (umfassend den Kondensator 233 und die Spule 234) angeschlossen. Der Signalgenerator 230 kann sich auf der gleichen Leiterplatte 242 befinden, auf denen sich auch die Spule 234 befindet. Ferner kann sich auch die Auswertungsschaltung 232 auf der Leiterplatte 242 befinden.
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Insbesondere kann die Leiterplatte 242, deren Leiterbahn die Spule 234 ausbildet, einen Mikroprozessor und ggf. einen zugehörigen Speicher tragen, der den Signalgenerator 230 und die Auswertungsschaltung 232 realisiert. Das Bauelement 231 kann insbesondere als analoge Tiefpass- oder Bandpassschaltung ausgebildet sein, oder kann ein Widerstand, eine Kapazität oder eine Induktivität sein.
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Bezugnehmend auf die 3 regt der Signalgenerator 230 die Spule 234 an. Die Spule 250 als induktives Kopplungselement für die Spule 234. Der Signalgenerator (und auch die Auswertungsschaltung 232) sind somit induktiv an die Interlockkontakte 223 angekoppelt, insbesondere über die Leitung 251. Dies ermöglicht eine rein mechanische Schnittstelle (d. h eine Schnittstelle ohne elektromechanische Steckkontakte) zwischen der Vorrichtung 240 bzw. dem zweiten Steckverbinder 240 einerseits und dem zweiten Steckverbinder 220 andererseits. Bei dieser Schnittstelle findet zwar eine Signalverbindung statt (über die Kopplung der Elemente 250 und 234), die jedoch keine leitenden Kontakte erfordert. Dadurch kann die erste Steckverbindung 220 in die Vorrichtung 240 eingesteckt und montiert werden, ohne dass Rücksicht auf (empfindliche) mechanische Kontakte zu legen wäre.
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Die 2 zeigt im Gegensatz zur 1, die eine spulenbasierte kontaktlose Kopplung vorsieht, vgl. Bezugszeichen 234 und 250, eine kapazitive Kopplung. Hierzu weist ein erster Steckverbinder 210' (von dem nur elektrische Merkmale dargestellt sind) Interlockkontakte 223' auf, entsprechend den Interlockkontakten 223 der 1. Diese sind mit einem Elektrodenpaar 250' des ersten Steckverbinders 210' verbunden. Insbesondere sind diese über einer (optionalen) Induktivität 223' mit dem Elektrodenpaar 250' verbunden. Die Induktivität 223' kann einen Teil eines Resonanzkreises des ersten Steckverbinders bilden. Dieser Resonanzkreis ist im Gegensatz um parallelen Resonanzkreis des ersten Steckverbinders 220 der 1 ein Serien-Resonanzkreis.
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Ein erster Steckverbinder 220' und eine Vorrichtung 240' (von denen nur elektrische Merkmale dargestellt sind) umfassen ein Elektrodenpaar 234'. Dieses ist komplementär zum Elektrodenpaar 250'. In montiertem Zustand fluchten die Elektrodenpaare 234 und 250' zumindest teilweise und bilden eine kapazitive Verbindung (mit anderen Worten eine Verbindung über zwei Reihen-Kapazitäten, die jeweils von einer Elektrode des Elektrodenpaars 234' und des Elektrodenpaars 250' gebildet werden).
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Eine Induktivität 223' verbindet das Elektrodenpaar 234' mit einer Auswertungsschaltung 232' und (über ein Bauelement 231') mit einem Signalgenerator 230'. Das Elektrodenpaar 234' kann dem zweiten Steckverbinder 220' zugeordnet werden. Die Induktivität 223', die Auswertungsschaltung 232' und der Signalgenerator 230' (sowie das Bauelement 231') kann der Vorrichtung 240' zugeordnet werden. Je nach Aufbau kann die Induktivität 223' und ggf. auch die Komponenten mit den Bezugszeichen 230'–232' dem zweiten Steckverbinder 220' zugeordnet werden.
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2 dient der Darstellung, dass auch Serien-Resonanzkreise zum Einsatz kommen können. Ferner stellt 2 dar, dass auch kapazitive Kopplungen (durch die Elektrodenpaare 250' und 234') zum Einsatz kommen können, im Gegensatz zu der induktiven Kopplung durch die Spulen 234, 250 der 1.
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Die 3 zeigt einen symbolhaft dargestellten Aufbau mit zwei kontaktlosen Kopplungen.
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Ein erster Steckverbinder 220'' umfasst Interlockkontakte 223'' und ein erstes kontaktloses Kopplungselement 250'', etwa in Form einer Spule wie in 1 mit dem Bezugszeichen 250 dargestellt ist. Über eine Verbindung V wird der erste Steckverbinder 220'' mit einem zweiten Steckverbinder 240'' signalübertragend verbunden.
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Die Verbindung V umfasst ein zweiten kontaktloses Kopplungselement 234'', etwa in Form einer Spule wie in 1 mit dem Bezugszeichen 234 dargestellt ist. Dieses ist mit dem ersten Kopplungselement 250'' signalübertragend verbunden, etwa indem dieses im Wesentlichen mit dem ersten Kopplungselement 250'' fluchtend angeordnet ist.
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Ein zweiter Steckverbinder 241'' umfasst ein viertes kontaktloses Kopplungselement 230a. Dieses ist (symbolhaft dargestellt) mit einem Signalgenerator 230'' bzw. mit einer Auswertungsschaltung 232'' verbunden (in leitender Weise).
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Die Verbindung V umfasst ein viertes kontaktloses Kopplungselement 230b, etwa in Form einer Spule (oder auch in Form eines Elektrodenpaars). Das vierte Kopplungselement 230b ist mit dem zweiten Kopplungselement 234'' über eine Leitung L verbunden. Zwischen dem zweiten und dem vierten Kopplungselement 234'', 230b besteht eine Distanz D, welche von der Verbindung V überbrückt wird.
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Das dritte und das vierte Kopplungselement 230a, b ermöglichen eine weitere kontaktlose Schnittstelle (neben der kontaktlosen Schnittstelle, die von dem ersten und dem zweiten Kopplungselement 250'' und 234'' gebildet wird). Dies vereinfacht die Montage, etwa wenn die Vorrichtung 240'' mit dem zweiten Steckverbinder 241'' bestückt wird. Das dritte Kopplungselement 230a kann eine Spule sein, die direkt auf einem Schaltungsträger der Vorrichtung 240'' angeordnet ist, etwa eine Spule gebildet von einer Leiterbahn des Schaltungsträgers. Dieser Schaltungsträger kann insbesondere den Signalgenerator 230'' und/oder die Auswertungsschaltung 232'' umfassen. Um zu vermeiden, dass präzise Steckvorgänge erforderlich sind, kann zur Signalweiterleitung (des Signals des Signalgenerators und der Antwort) das vierte Kopplungselement 230b verwendet werden. Dieses muss bei der Montage nur ausreichend nahe am dritten Kopplungselement 230a befestigt werden. Die Verbindung V ermöglicht eine flexible Signalführung vom Inneren der Vorrichtung 240'' zum zweiten Steckverbinder 241''. Dieser kann so auf einfache Weise etwa an einem Gehäuse oder einem Anschlussabschnitt der Vorrichtung 240'' montiert werden. Die Verbindung V kann auch als Teil der Vorrichtung, des Anschlussabschnitts der Vorrichtung oder auch als Teil des zweiten Steckverbinders betrachtet werden.
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Der erste Steckverbinder 220'' umfasst das erste Kopplungselement 250'', das ebenso bei der Montage des ersten Steckverbinders in bzw. an den zweiten Steckverbinder nur ausreichend nahe an dem zweiten Kopplungselement 234'' angeordnet werden muss. Der erste Steckverbinder kann so etwa als Buchse ausgebildet sein, in die ein weiterer Steckverbinder 210'' (etwa als Stecker ausgebildet) eingesteckt werden kann. Der weitere Steckverbinder 210'' umfasst Interlockkontakte 212'', die über ein Bauelement 214'' (etwa eine sehr niederohmige Verbindung) miteinander verbunden sind. Durch den elektromechanischen Kontakt zwischen den Interlockkontakten 212'' des weiteren Steckverbinders und den Interlockkontakten 223'' des ersten Steckverbinders 220'' ergibt sich ein Zustand, der von der Auswertungsschaltung 232'' über eine erste kontaktlose Schnittstelle (gebildet durch Kopplungselemente 230a, b) und über eine zweite kontaktlose Schnittstelle (gebildet durch Kopplungselemente 250'', 234'') aktiv abgefragt werden kann. Hierbei gibt der Signalgenerator 230'' über diese Schnittstellen ein Signal an den weiteren Steckverbinder (insbesondere an dessen Element 214'') ab und ein Antwortsignal lässt sich durch die Auswertungsschaltung 232'' ermittelt.
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Umfasst der erste Steckverbinder 220'' einen Resonanzkreis, so wird dieser nur bei belegtem ersten Steckverbinder (Verbindung durch den weiteren Steckverbinder 210'') geschlossen. Über das dritte und vierte Kontaktelement (insbesondere beide als Spulen realisiert) kann dieser Resonanzkreis (lose gekoppelt) angeregt werden. Anhand des Signalpegels am dritten Kontaktelement 230a (d. h. an dem Kontaktelement, das dem Signalgenerator und der Auswerteschaltung am nächsten ist) kann aufgrund der auch in umgekehrter Richtung wirkenden Kopplung festgestellt werden, ob der Resonanzkreis geschlossen ist (durch den weiteren Steckverbinder), oder nicht. Diese lose Kopplung an einen Resonanzkreis (etwa im ersten Steckverbinder) mittels der Kopplungselemente 230a, b ist vergleichbar mit der Anregung eines Resonanzkreises in einem Tesla-Transformator.
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Es sei bemerkt, dass die 1–3 sowie auch die allgemeine Beschreibung von einer Steckerfassungseinrichtung ausgehen, die einen Resonanzkreis aufweist. Alternativ hierzu kann jedoch nur das kapazitive Kopplungselement (d. h. Elektrodenpaar) oder das induktive Kopplungselement (d. h. eine Spule) vorgesehen sein, da die Spannungserhöhung an dem Kopplungselement durch den Antwortgeber (welcher ein Resonanzkreis enthält) ausreichend ist, um den Steckzustand zu ermitteln. Insbesondere kann allgemein die induktive oder kapazitive Steckerfassungseinrichtung ein Elektrodenpaar oder eine Spule aufweisen, wobei jedoch im Falle des Elektrodenpaars keine Induktivität zur Ausbildung eines Resonanzkreises gegeben ist, bzw. im Falle einer Spule kein Kondensator zur Ausbildung eines Resonanzkreises im zweiten Steckverbinder gegeben ist. Dies verringert die Anzahl der erforderlichen Bauelemente oder auch die Notwendigkeit, Resonanzkreise abzustimmen. Jedoch basiert die Kopplung nur auf einem elektrostatischen Wechselfeld oder auf einem magnetischen Wechselfeld, ohne dass eine resonante Kopplung im Sinne des Tesla-Transformators bei schwacher Ankopplung eines Signalgenerators stattfinden würde.
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Es sei ferner bemerkt, dass nicht nur die Spule 234 als Spirale einer (flexiblen oder festen) Leiterplatte vorgesehen sein kann. Vielmehr können auch die Kopplungselemente der Steckerfassungseinrichtung bzw. des Steckerfassungs-Antwortgebers durch Leiterbahnen einer flexiblen oder nicht flexiblen Leiterplatte ausgebildet sein. Falls das als Kopplungselement eine Spule vorgesehen ist, vgl. etwa die 3 und 1, dann kann eine spiralförmige Leiterbahn die Spule realisieren. Falls wie in der 2 Elektrodenpaare bzw. Elektroden als Kopplungselemente eingesetzt werden, so kann eine leitende Fläche gebildet von einer Leiterbahn bzw. einer Kupferkaschierung der Leiterplatte verwendet werden.
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In der 1 sind die Steckverbindungskörper mit kreiszylindrischem Querschnitt dargestellt. Alternativ hierzu können jedoch auch andere Querschnittsformen verwendet werden, etwa Rechtecke, Quadrate, allgemein Polygone oder auch Ovale oder Ellipsen. Zudem ist es nicht erforderlich, den Steckkontakt in die Mitte des Steckverbinderkörpers zu platzieren, wie es in den 1 der besseren Übersicht wegen dargestellt ist. Auch die Platzierung der Interlokkontakte ist lediglich beispielhaft. Die Interlokkontakte werden vorzugsweise paarweise vorgesehen, es sind jedoch auch andere Anzahlen von Interlokkontakten möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006001764 A1 [0003]
