DE102016014096A1

DE102016014096A1 - Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung

Info

Publication number: DE102016014096A1
Application number: DE102016014096.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Ißler; Simon Hanke; Felix Brunner
Original assignee: Gentherm GmbH
Current assignee: Gentherm GmbH
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-12-21
Also published as: WO2017215689A8; CN109643863A; KR20190007068A; JP2019519898A; US10637173B2; WO2017215689A1; US20190181578A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung (2) zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung offenbart. Die Vorrichtung (2) umfasst mindestens ein erstes elektrisches Leiterelement (4), welches einen ersten Kontaktpol (4') aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung (2) mindestens ein zweites elektrisches Leiterelement (6), welches einen zweiten Kontaktpol (6') aufweist. Das mindestens eine erste elektrische Leiterelement (4) ist zumindest bereichsweise von einem ersten elektrisch isolierenden Mantelelement (8) umgeben, durch welches der erste Kontaktpol (4') des mindestens einen ersten Leiterelements (4) aufgenommen und/oder gehalten wird. Weiterhin weist das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) im Bereich des ersten Kontaktpols (4') des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements (4) eine erste Ausnehmung (10) auf. Das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) ist ebenfalls zumindest bereichsweise von einem zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement (12) umgeben, durch welches der zweite Kontaktpol (6') des mindestens einen zweiten Leiterelements (6) aufgenommen und/oder gehalten wird. Das zweite elektrisch isolierende Mantelelement (12) weist dabei im Bereich des zweiten Kontaktpols (6') des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements (6) eine zweite Ausnehmung (14) auf. Die Vorrichtung umfasst zudem mindestens ein Fixierungsmittel (26), welche durch die erste Ausnehmung (10) und die zweite Ausnehmung (14) geführt werden kann oder welches die erste Ausnehmung (10) und die zweite Ausnehmung (14) zumindest teilweise seitlich umschließt, um zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol (4') des mindestens einen ersten Leiterelements (4) und dem zweiten Kontaktpol (6') des mindestens einen zweiten Leiterelements (6) das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement (12) lösbar aneinander zu koppeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Um zwischen einem ersten elektrischen Leiterelement und einem zweiten elektrischen Leiterelement eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellen zu können, müssen die jeweiligen Kontaktpole des ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten elektrischen Leiterelements miteinander verbunden werden. Insbesondere bei Hochstrom-Verbindungen ist eine gesicherte Kopplung der elektrischen Leiterelemente wichtig, um eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten. Hierzu werden meist Schraubverbindungen genutzt, wobei beispielsweise Schraubenelemente durch Aussparungen in den elektrischen Leitelementen geführt und anschließend, beispielsweise mittels einer Schraubenmutter, fest fixiert werden, sodass die elektrischen Leiterelemente aneinander gepresst werden. Vorteilhaft an Schraubverbindungen ist eine mögliche Übertragung sehr hoher Ströme sowie eine sehr sichere und stabile Verbindungsmöglichkeit.
Beispielsweise ist eine Befestigung bzw. Fixierung zweier elektrischer Anschlussflächenelemente einer Leistungsbaugruppe mittels eines Kontaktierungsschraubenelements bereits bekannt durch die DE 10 2010 033 374 B4 . Das erste Anschlussflächenelement weist ein erstes Zuführungsflächenelement auf, das zweite Anschlussflächenelement ein zweites Zuführungsflächenelement. Die Zuführungsflächenelemente überlappen sich in einem vorgesehenen Bereich und weisen jeweils axial miteinander fluchtende Löcher auf. Zwischen den Zuführungsflächenelementen ist ein Isolationsformteil vorgesehen, welches ebenfalls ein Loch aufweist. Vom Rand dieses Loches steht eine Rohrhülse flächig weg. Die Rohrhülse erstreckt sich durch das Loch des ersten Zuführflächenelements in ein Loch eines Trägerteils, worin eine Gewindehülse mit einem Innengewinde für das Kontaktierungsschraubenelement eingebracht ist. Zudem weist das Kontaktierungsschraubenelement einen Schraubkopf mit einer Sechskant-Aussparung auf.
Nachteilig an einer solchen Vorrichtung ist jedoch, dass zur Anbringung bzw. zur Befestigung der Schraubverbindung ein spezielles Werkzeug notwendig ist, welches zudem über eine geeignete elektrische Isolierung verfügen muss, um eine unerwünschte Überleitung elektrischer Energie an das Werkzeug zu verhindern. Durch die notwendige Isolierung ergibt sich ein hoher Aufwand für Werkstätten, welche eine Verbindung zweiter elektrischer Leiterelemente, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Montage einer Fahrzeugbatterie, herstellen müssen. Insbesondere ergibt sich der genannte Aufwand beispielsweise durch erforderliche spezielle Schulungen der Mitarbeiter sowie notwendige zu treffende Sicherheitsvorkehrungen, wodurch zusätzliche Kosten für die Werkstätten entstehen können. Weiterhin ist es notwendig, bei Montage der Schraubverbindung ein Drehmoment zu überwachen, mit welchem die Schraubverbindung eingesetzt wird. Ob ein für eine Gewährleistung der (Montage-)Sicherheit richtiges bzw. passendes Drehmoment gewählt wurde, ist jedoch von außen kaum erkennbar, sodass das Drehmoment bei dem Montagevorgang stets überwacht werden muss.
Weiterhin sind bereits Vorrichtungen bekannt, welche eine Verbindung zweier elektrischer Leiterelemente mittels einer Steckverbindung erlauben. Insbesondere erweisen sich derartige Steckverbindungen als besonders einfach handhabbar. Jedoch sind die durch die elektrischen Leiterelemente zu übertragenden Ströme mit sehr großen Bauräumen verbunden, wodurch sich die Steckverbindungen nur in komplizierter Art und Weise verwirklichen und bauen lassen. Zudem sind derartige Streckverbindungen meist mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung bereitzustellen, welche eine einfache Montage ohne den Einsatz spezieller Werkzeuge bzw. eine gänzlich werkzeuglose Montage erlaubt. Zudem soll eine kostengünstige Verbindungsvariante mindestens zweier elektrischer Leiterelemente in einer annehmbaren Baugröße geschaffen werden.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 umfasst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
So schlägt die Erfindung zum Erreichen des oben genannten Ziels eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung vor, welche mindestens ein erstes elektrisches Leiterelement umfasst, welches einen ersten Kontaktpol aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens ein zweites elektrisches Leiterelement, welches einen zweiten Kontaktpol aufweist. Bei einer Koppelung des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements bzw. des ersten Kontaktpols und des zweiten Kontaktpols kann eine elektrisch leitfähige Verbindung gebildet werden. Bei dem mindestens einen ersten elektrischen Leiterelement kann es sich insbesondere um einen Anschluss für Elektrizität handeln.
Das mindestens eine erste elektrische Leiterelement ist zumindest bereichsweise von einem ersten elektrisch isolierenden Mantelelement umgeben, durch welches der erste Kontaktpol des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements aufgenommen und/oder gehalten wird. Bei dem Material des ersten elektrisch isolierenden Mantelelement kann es sich beispielsweise um einen elektrisch isolierenden Kunststoff handeln.
Vorzugsweise kann das mindestens eine erste elektrische Leiterelement in das Material des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements eingespritzt sein. So kann das erste elektrisch isolierende Mantelelement eine Berührschutzhülle für das mindestens eine erste elektrische Leiterelement bereitstellen. Weiterhin weist das erste elektrisch isolierende Mantelelement im Bereich des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements eine erste Ausnehmung auf. Durch die erste Ausnehmung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements können sich ein oberer Abschnitt sowie ein unterer Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements ausbilden. Vorzugsweise kann die erste Ausnehmung derart gestaltet sein, dass das mindestens eine erste elektrische Leiterelement teilweise von dem unteren Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements umschlossen wird und der erste Kontaktpol des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements teilweise frei liegt. Die erste Ausnehmung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements kann zudem derart positioniert sein, dass sich lediglich eine Art oberer Vorsprung des Materials des elektrisch isolierenden Mantelelements ausbildet, welcher obere Vorsprung das mindestens eine erste elektrische Leiterelement teilweise umschließt.
Das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement ist ebenfalls zumindest bereichsweise von einem zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement umgeben, durch welches der zweite Kontaktpol des mindestens einen zweiten Leiterelements aufgenommen und/oder gehalten wird. Bei dem Material des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements kann es sich beispielsweise um einen elektrisch isolierenden Kunststoff handeln.
Vorzugsweise kann auch das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement in das Material des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements eingespritzt sein. Das zweite elektrisch isolierende Mantelelement kann eine Berührschutzhülle für das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement darstellen. Das zweite elektrisch isolierende Mantelelement weist dabei im Bereich des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements eine zweite Ausnehmung auf. Durch die zweite Ausnehmung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements bilden sich ein oberer Abschnitt sowie ein unterer Abschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements aus. Vorzugsweise ist die zweite Ausnehmung derart gestaltet, dass das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement teilweise von dem oberen Abschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements umschlossen wird und der zweite Kontaktpol des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements teilweise frei liegt. Ebenso kann jedoch auch die zweite Ausnehmung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements derart positioniert sein, dass sich lediglich ein unterer Vorsprung des Materials des elektrisch isolierenden Mantelelements ausbildet, welcher untere Vorsprung das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement teilweise umschließt.
Die Vorrichtung umfasst zudem mindestens ein Fixierungsmittel, welches durch die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung geführt werden kann oder welches die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung zumindest teilweise seitlich umschließt, um zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol des mindestens einen ersten Leiterelements und dem zweiten Kontaktpol des mindestens einen zweiten Leiterelements das erste elektrisch isolierende Mantelelement und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement lösbar aneinander zu koppeln.
Bei Ausgestaltung eines oberen Vorsprungs des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und eines unteren Vorsprungs des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements können das erste elektrisch isolierende Mantelelement und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement ggf. derart zusammengefügt und mittels des Fixierungsmittels fixiert werden, dass sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und dem zweiten Kontaktpol des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements ausbilden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Ausnehmung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements derart ausgebildet, dass der untere Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements in die zweite Ausnehmung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements bringbar ist. Ebenso ist die erste Ausnehmung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements vorzugsweise derart ausgebildet, dass der obere Abschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements in die erste Ausnehmung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements bringbar ist. Durch den teilweise frei liegenden ersten Kontaktpol im unteren Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements kann eine erste Kontaktfläche des ersten Kontaktpols, und durch den vorzugsweise teilweise frei liegenden zweiten Kontaktpol im oberen Abschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements kann eine zweite Kontaktfläche des zweiten Kontaktpols ausgebildet sein.
Beispielsweise kann durch das Einbringen des unteren Abschnitts des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements in die zweite Ausnehmung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements, und das Einbringen des oberen Abschnitts des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements in die erste Ausnehmung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements ein Formschluss zwischen dem ersten Kontaktpol des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und dem zweiten Kontaktpol des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements bzw. der ersten Kontaktfläche des ersten Kontaktpols und der zweiten Kontaktfläche des zweiten Kontaktpols hergestellt werden. Durch die derart geformten Ausnehmungen des ersten elektrische isolierenden Mantelelements und des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements sowie des unteren Abschnitts des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und des oberen Abschnitts des zweiten elektrisch isolierenden Abschnitts kann ein Kontaktstecker gebildet werden, welcher eine einfache Zusammenfügung bzw. Trennung des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements erlaubt.
Weiterhin kann das erste elektrisch isolierende Mantelelement eine erste Aussparung aufweisen, welche den oberen Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements vollständig durchdringt. Zudem kann auch das mindestens eine erste elektrische Leiterelement eine zweite Aussparung aufweisen, welche das mindestens eine erste elektrische Leiterelement vollständig, zumindest jedoch teilweise durchdringt. Wahlweise kann das erste elektrisch isolierende Mantelelement eine dritte Aussparung aufweisen, welche den unteren Abschnitt des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements zumindest teilweise durchdringt. Die dritte Aussparung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements kann somit insbesondere dann vorgesehen sein, wenn die zweite Aussparung das mindestens erste elektrische Leiterelement vollständig durchdringt. Die erste Aussparung und die zweite Aussparung sind vorzugsweise zueinander fluchtend angeordnet. Die wahlweise vorgesehene dritte Aussparung kann fluchtend zu der ersten Aussparung und der zweiten Aussparung angeordnet sein. Die erste, zweite und wahlweise vorhandene dritte Aussparung sind zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet.
Auch das zweite elektrisch isolierende Mantelelement kann eine vierte Aussparung aufweisen, welche den oberen Abschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements vollständig durchdringt. Weiterhin kann das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement eine fünfte Aussparung aufweisen, welche das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement vollständig durchdringt. Auch die vierte Aussparung und die fünfte Aussparung sind vorzugsweise zueinander fluchtend angeordnet und ebenfalls vorzugsweise zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet. Eine Ausbildung der Aussparungen in einer anderen Form, beispielsweise in einer ovalen Form, ist jedoch ebenfalls denkbar. Ebenso ist die Ausgestaltung der ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aussparungen mit gleichen oder (teilweise) unterschiedlichen Durchmessern möglich.
Bevorzugt sind die vorzugsweise kreisförmigen Aussparungen derart positioniert, dass die erste Aussparung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements sowie die zweite Aussparung des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und die vierte Aussparung des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements sowie die fünfte Aussparung des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements in einer gekoppelten Stellung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements bzw. des ersten Kontaktpols des mindestens ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements zueinander fluchtend angeordnet sind.
Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass das Fixierungsmittel zumindest teilweise durch die erste, zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Aussparung bringbar ist, wodurch eine ortsfeste Fixierung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements bzw. des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements gebildet werden kann. Für eine optimale Zusammenfügung des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements können die vorzugsweise kreisförmigen Aussparungen derart angeordnet sein, dass sich eine vorzugsweise senkrechte Orientierung des Fixierungsmittels bezüglich des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements ergibt. Durch diese Art der Fixierung kann sichergestellt werden, dass die erste Kontaktfläche des ersten Kontaktpols, welcher durch das mindestens eine erste elektrische Leiterelement bereitgestellt wird, und die zweite Kontaktfläche des zweiten Kontaktpols, welcher durch das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement bereitgestellt wird, fest bzw. flächig aneinander anliegen.
Vorzugsweise ist das Fixierungsmittel als ein Steckelement ausgebildet, welches Steckelement mindestens einen Stift aufweisen kann. Der mindestens eine Stift des Steckelements ist dabei zumindest teilweise durch die zueinander fluchtend angeordneten Aussparungen führbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Stift in einem zumindest teilweise in die vorzugsweise kreisförmigen Aussparungen geführten Zustand im Bereich der ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften, vorzugsweise jedoch im Bereich der zweiten Aussparung des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements, arretierbar ist.
Diese Arretierung des mindestens einen Stiftes kann beispielsweise mittels einer Drehung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes erreicht werden. Hierzu kann das Steckelement einen Schraubenkopf aufweisen. Die Ausbildung mit einem Schraubenkopf bzw. mit einem Gewinde erleichtert insbesondere die Handhabung bzw. eine Drehbewegung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes. Mittels einer Drehung des Schraubenkopfes kann sich die Drehposition des mindestens einen Stiftes relativ zu seiner Längsachse verändern. So kann beispielsweise mittels einer Drehung des Schraubenkopfes um vorzugsweise zumindest annähernd 360°, 180° oder 90° eine entsprechende Drehung und/oder Arretierung des Steckelements und/oder des mindestens einen Stiftes bewirkt werden. Durch die Arretierung wird insbesondere eine Verschiebung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes in axialer Richtung verhindert und dadurch eine feste Kontaktierung des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements bereitgestellt. Insbesondere kann durch die Arretierung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes eine ungewollte Drehung des Steckelements um die eigene Längsachse verhindert werden. So kann eine Lösung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes lediglich mittels einer erhöhten Kraftaufwendung möglich sein. Beispielsweise kann für eine Rotation des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes ein Drehmoment von mindestens 50% über dem zur Rotation in einem nicht arretierten Zustand erforderlichen Drehmoment liegen, vorzugsweise jedoch sogar um mehr als 100%.
Zur Arretierung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes kann das Steckelement bzw. der mindestens eine Stift eine Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Hakens oder eines Querstifts, aufweisen. Bei einer Drehung des Steckelements und/oder des Schraubenkopfs kann der Haken oder Querstift beispielsweise in einer Ausnehmung oder einen Hinterschnitt in einem vorgesehenen Vorrichtungsbestandteil eingreifen, einrasten und/oder einschnappen, und das Steckelement bzw. den mindestens einen Stift gegen eine axiale Verschiebung sichern. Vorzugsweise ist die Ausnehmung oder der Hinterschnitt im Bereich der zweiten vorzugsweise kreisförmigen Aussparung des mindestens ersten elektrischen Leiterelements und/oder im Bereich der wahlweise vorhandenen dritten, vorzugsweise kreisförmigen, Aussparung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements vorgesehen. Eine Anordnung der Ausnehmung oder des Hinterschnitts in einem anderen Vorrichtungsbestandteil ist jedoch ebenfalls denkbar. So kann wahlweise auch das Steckelement eine Ausnehmung oder einen Hinterschnitt aufweisen, in welche eine Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Hakens oder eines Querstifts eingreifen, einrasten und/oder einschnappen kann, welche insbesondere im Bereich des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und/oder des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements vorgesehen sein können. So ist es auch denkbar, dass beispielsweise das erste elektrisch isolierende Mantelelement eine Verriegelungseinrichtung aufweist, welche in eine Ausnehmung oder einen Hinterschnitt des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements eingreifen, einrasten und/oder einschnappen kann. Auf diese Arten kann sich bereits eine gewisse Vorspannung zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche des ersten und zweiten Kontaktpols ausbilden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ausnehmung oder der Hinterschnitt zumindest abschnittsweise mit einem Steigungswinkel um die Achse des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes gewunden angeordnet ist. Auf diese Weise kann bei einer Rotation des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes eine Bewegung des Steckelements bzw. des mindestens einen Stiftes in axialer Richtung erzwungen werden. Vorzugsweise kann mittels einer Rotation des Steckelements bzw. des mindestens eine Stiftes um 360° ein Anpressdruck zwischen dem ersten Kontaktpol des mindestens ersten elektrischen Leiterelements und dem zweiten Kontaktpol des mindestens zweiten elektrischen Leiterelements von mindestens 1 N/qm, mindestens 10 N/qm oder auch mindestens 100 N/qm erzeugt werden.
Mittels einer derartigen Ausgestaltungsweise der Ausnehmung bzw. des Hinterschnitts eines Vorrichtungsbestandteils sowie der Anordnung des Hakens bzw. des Querstifts der Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise des Steckverschlusses, kann ein sogenannter Bajonettverschluss ausgebildet werden. Statt der Anordnung einer Ausnehmung oder eines Hinterschnitts in einem der Vorrichtungsbestandteile ist auch eine Nutzung einer Bajonetthülse denkbar, welche in einer vorgesehenen Position bezüglich eines Vorrichtungsbestandteils platziert werden kann. Wahlweise kann die Bajonetthülse bereits in dem dafür vorgesehenen Vorrichtungsbestandteil eingespritzt sein.
Weiterhin kann das Steckelement ein Spannelement aufweisen, mittels welchen Spannelementes der erste Kontaktpol des mindesten einen ersten elektrischen Leiterelements und der zweite Kontaktpol des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements zumindest bereichsweise miteinander verspannbar ist. Beispielsweise kann das Spannelement in Form einer Tellerfeder ausgebildet sein, welche in einem Bereich unterhalb des ggf. vorhandenen Schraubenkopfs angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Spannung der Tellerfeder möglich, sobald die Tellerfeder auf einer Oberfläche des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements aufliegt und die Verriegelungseinrichtung in die Ausnehmung bzw. den Hinterschnitt in einem der Vorrichtungsbestandteile eingreift. Bei Anwendung eines derartigen Bajonettverschlusses ist eine Drehmomentüberwachung bei der Eindrehung des Steckelements nicht notwendig.
Eine weitere Ausführungsvariante der Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung sieht ein Fixierungsmittel vor, welches die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung des ersten und zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements zumindest teilweise seitlich umschließt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol und dem zweiten Kontaktpol herzustellen, wobei das erste elektrisch isolierende Mantelelement und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement lösbar aneinander gekoppelt werden. Hierzu ist das Fixierungsmittel als ein Klammerelement ausgebildet, das bei einer Koppelung des ersten isolierenden Mantelelements und des zweiten isolierenden Mantelelements zumindest eine Seitenfläche der gekoppelten Mantelelemente abschnittsweise in vertikaler Richtung vollständig überdeckt. Um eine dauerhafte Spannung zwischen den gekoppelten Mantelelementen herzustellen, liegen die Klammerenden auf der Oberfläche des oberen Abschnitts des ersten isolierenden Mantelelements und auf der Oberfläche des unteren Abschnitts des zweiten isolierenden Mantelelements auf. Das erste und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement werden durch das Klammerelement in gewisser Weise teilweise umreift. Vorzugsweise kann das Klammerelement U-förmig ausgebildet sein. Die Klammerenden des Klammerelements, welche auf den Oberflächen des oberen Abschnitts des ersten isolierenden Mantelelements und auf der Oberfläche des unteren Abschnitts des zweiten isolierenden Mantelelements aufliegen, können dabei mit Spannelementen ausgestattet sein, um die umklammernde Verbindung zwischen den Mantelelementen zu verstärken. Bei dieser Ausgestaltungsweise sind keine Aussparungen in dem ersten und zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement und in dem ersten und zweiten elektrischen Leiterelement notwendig.
In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das mindestens eine erste elektrische Leiterelement zumindest in einem Bereich der ersten Kontaktfläche des ersten Kontaktpols und des zweiten Kontaktpols, und das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement zumindest in einem Bereich der zweiten Kontaktfläche des zweiten Kontaktpols und des ersten Kontaktpols jeweils als ein zumindest annähernd ebenes Metallelement ausgebildet. Diesbezüglich ist auch denkbar, dass das mindestens eine erste elektrische Leiterelement zumindest in einem Bereich der ersten Kontaktfläche des ersten Kontaktpols und des zweiten Kontaktpols, und das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement zumindest in einem Bereich der zweiten Kontaktfläche des zweiten Kontaktpols und des ersten Kontaktpols jeweils als ein profiliertes Metallelement ausgebildet sind. Insbesondere hat sich eine zahnförmige Profilierung der Metallelemente als vorteilhaft erwiesen. Hierbei können die Zähne der zahnförmigen Profilierung des ersten Kontaktpols und die Zähne des zahnförmigen Metallelements des zweiten Kontaktpols ineinander greifen, um so geeignete Kontaktflächen zu bilden. Durch die zahnförmige Profilierung ist eine Vergrößerung der Oberfläche des ersten und des zweiten Kontaktpols möglich. Dadurch kann eine große Stromübertragungsfläche entstehen, sowie eine ausreichende Kühlfläche für einen Wärmeabtransport in die Leiterelemente. Zudem kann eine mechanische Stabilisierung der Verbindung des ersten Kontaktpols des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements und des zweiten Kontaktpols des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Verbinden mindestens eines ersten elektrischen Leiterelements und mindestens eines zweiten elektrischen handelt es sich bei der Vorrichtung um einen Hochstromverbinder.
Beispielsweise kann ein (Hochvolt-)Batterieelement vorgesehen sein, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Verbinden mindestens eines ersten elektrischen Leiterelements und mindestens eines zweiten elektrischen Leiterelements gemäß der vorherig beschriebenen Ausführungsvarianten umfasst. Bei dem genannten (Hochvolt-)Batterieelement kann es sich um ein Fahrzeugbatterieelement handeln. Mittels eines erfindungsgemäßen Hochstromverbinders können beispielsweise einzelne Elementarzellen innerhalb einer Batterie untereinander verbunden sein. Auch ist es denkbar, einen erfindungsgemäßen Hochstromverbinder für eine Verbindung einer Batterie mit externen elektrischen Komponenten, wie beispielsweise einer Lichtmaschine eines Fahrzeugs, einer Ladestation oder einem elektrischen Verbraucher, zu nutzen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden mindestens eines ersten elektrischen Leiterelements und mindestens eines zweiten elektrischen Leiterelements oder das erfindungsgemäße Batterieelement bei Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden mindestens eines ersten und eines zweiten elektrischen Leiterelements;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines gekoppelten ersten und zweiten elektrischen Leiterelements;
3 zeigt eine schematische Detailansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4a und 4b zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Steckelements, wie es bei diversen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein kann;
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden mindestens eines ersten und eines zweiten elektrischen Leiterelements;
6a und 6b zeigen jeweils eine schematische Ansicht einer Leiterelementanordnung, wie sie bei diversen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein können;
7 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Anwendungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen mindestens einem ersten elektrischen Leiterelement 4 und mindestens einem zweiten elektrischen Leiterelement 6 abgebildet. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 2 ein erstes elektrisches Leiterelement 4 und ein zweites elektrisches Leiterelement 6. Das erste elektrische Leiterelement 4 weist einen ersten Kontaktpol 4' auf und das zweite elektrische Leiterelement 6 einen zweiten Kontaktpol 6'. Der erste Kontaktpol 4' des ersten elektrischen Leiterelements 4 und der zweite Kontaktpol 6' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 können in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden. Hierzu weist der erste Kontaktpol 4' des ersten elektrischen Leiterelements 4 eine erste Kontaktfläche 4'' auf, und der zweite Kontaktpol 6' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 eine zweite Kontaktfläche 6''. Beispielsweise können das erste elektrische Leiterelement 4 und das zweite elektrische Leiterelement 6 als eine Metallplatte oder ein Blech ausgebildet sein, welches im Bereich des ersten Kontaktpols 4' bzw. des zweiten Kontaktpols 6' zumindest näherungsweise eben ausgestaltet ist. Jedoch ist eine Profilierung 64 der Metallplatte oder des Bleches des ersten Kontaktpols 4' und des zweiten Kontaktpols 6' ebenfalls denkbar, wie die 6a und ab zeigen.
Das erste elektrische Leiterelement 4 ist von einem ersten elektrisch isolierenden Mantelelement 8 aufgenommen und/oder wird von einem ersten elektrisch isolierenden Mantelelement 8 gehalten. Im Bereich des ersten Kontaktpols 4', insbesondere im Bereich der ersten Kontaktfläche 4'', weist das erste Mantelelement 8 jedoch eine erste Ausnehmung 10 auf. Durch die erste Ausnehmung 10 des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 können sich ein oberer Abschnitt 8'' sowie ein unterer Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 ausbilden. Die erste Ausnehmung 10 ist derart gestaltet, dass das erste elektrische Leiterelement 4 teilweise von dem unteren Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 umschlossen wird, und der erste Kontaktpol 4' bzw. die erste Kontaktfläche 4'' des ersten elektrischen Leiterelements 4 teilweise frei liegt.
Ebenso ist das zweite Leiterelement 6 teilweise von einem zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement 12 aufgenommen und/oder wird von einem zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement 12 gehalten, welches im Bereich des zweiten Kontaktpols 6', insbesondere im Bereich der zweiten Kontaktfläche 6'', eine zweite Ausnehmung 14 aufweist. Durch die zweite Ausnehmung 14 des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 bilden sich ein oberer Abschnitt 12' sowie ein unterer Abschnitt 12'' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 aus. Auch die zweite Ausnehmung 14 ist derart gestaltet, dass das zweite elektrische Leiterelement 6 teilweise von dem oberen Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 umschlossen wird, und der zweite Kontaktpol 6' bzw. die zweite Kontaktfläche 6'' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 teilweise frei liegt.
Die erste Ausnehmung 10 und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 sind so ausgestaltet, dass der obere Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 in der ersten Ausnehmung 10 aufgenommen werden kann. Ebenso sind die zweite Ausnehmung 14 sowie das erste elektrisch isolierende Mantelelement 8 derart ausgebildet, dass der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 in der zweiten Aussparung 14 aufgenommen werden kann. Vorzugsweise sind die erste Aussparung 10 und der obere Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 derart korrespondierend zueinander ausgebildet, dass der obere Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 passgenau in der ersten Aussparung 10 aufgenommen werden kann. Ebenfalls sind die zweite Aussparung 14 und der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 derart korrespondierend zueinander ausgebildet, dass der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 passgenau in der zweiten Aussparung 14 aufgenommen werden kann. Auf diese Weise können das erste elektrisch isolierende Mantelelement 8 und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 ineinander geschoben werden (vgl. Pfeil 30), wodurch der erste Kontaktpol 4' des ersten elektrischen Leiterelements 4 und der zweite Kontaktpol 6' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 im Bereich der ersten Kontaktfläche 4'' und der zweiten Kontaktfläche 6'' in elektrisch leitendem Kontakt stehen.
Weiterhin weist das erste elektrisch isolierende Mantelelement 8 eine erste kreisförmige Aussparung 16 in dem oberen Abschnitt 8'', und das erste Leiterelement 4 eine zweite kreisförmige Aussparung 18 auf. Die erste kreisförmige Aussparung 16 durchdringt dabei einen oberen Abschnitt 8'' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 vollständig. Die zweite kreisförmige Aussparung 18 des ersten elektrischen Leiterelements 4 kann dieses ebenfalls vollständig durchdringen. Hierbei ist es sinnvoll, wenn der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 ebenfalls eine dritte kreisförmige Aussparung 20 aufweist. Die dritte kreisförmige Aussparung 20 kann dabei den unteren Abschnitt 8' vollständig oder lediglich teilweise durchdringen. Weiterhin ist denkbar, dass die zweite kreisförmige Aussparung 18 das erste elektrische Leiterelement 4 nicht vollständig durchdringt. Eine dritte kreisförmige Aussparung 20 ist hierbei nicht notwendig. Die kreisförmigen Aussparungen 16, 18 und 20 sind jeweils zueinander fluchtend angeordnet.
Das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 weist eine vierte kreisförmige Aussparung 22 auf, welche den oberen Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierende Mantelelements 12 vollständig durchdringt. Ebenfalls umfasst das zweite elektrische Leiterelement 6 eine fünfte kreisförmige Aussparung 24, welche das zweite elektrische Leiterelement 6 vorzugsweise vollständig durchdringt. Die kreisförmigen Aussparungen 22 und 24 sind jeweils zueinander fluchtend angeordnet. Wahlweise kann auch in dem unteren Abschnitt 12'' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 eine weitere kreisförmige Aussparung vorgesehen sein. Insgesamt sind die kreisförmigen Aussparungen 16, 18 und 20 bzw. 22 und 24 derart angeordnet, dass die kreisförmigen Aussparungen 16, 18, 20, 22 und 24 fluchtend zueinander stehen, wenn der obere Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 vorzugsweise vollständig in der ersten Ausnehmung 10 aufgenommen ist bzw. wenn der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierende Mantelelements 8 vorzugsweise vollständig in der zweiten Ausnehmung 14 aufgenommen ist.
Um das erste Mantelelement 8 mit dem ersten elektrischen Leiterelement 4 und das zweite Mantelelement 12 mit dem zweiten elektrischen Leiterelement 6 bzw. den ersten Kontaktpol 4' des ersten elektrischen Leiterelements 4 und den zweiten Kontaktpol 6' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 miteinander verspannen zu können, ist ein Fixierungsmittel 26 vorgesehen. Das Fixierungsmittel 26 ist durch die erste Ausnehmung 10 des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 und die zweite Ausnehmung 14 des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 geführt, um zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol 4' und dem zweiten Kontaktpol 6' das erste elektrisch isolierende Mantelelement 8 und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 lösbar aneinander zu koppeln.
Hierzu wird das Fixierungsmittel 26 in die kreisförmigen Aussparungen 16, 18, 20, 22 und 24 eingebracht, wie durch den Pfeil 32 verdeutlicht ist. Das Fixierungsmittel 26 ist als ein Steckelement 28 ausgebildet. Das Steckelement 28 weist einen Stift 40 auf. Der Stift 40 besitzt eine bestimmte Dimensionierung, sodass sich dieser vorzugsweise zumindest bis in den Bereich der zweiten kreisförmigen Aussparung 18 erstrecken kann.
Mittels einer Drehbewegung kann das Steckelement 28 bzw. der Stift 40 arretiert werden. Zur Erleichterung der Drehbewegung verfügt das Steckelement 28 über einen Schraubenkopf 38. Bei dem Material des Schraubenkopfes 38 handelt es sich um ein elektrisch isolierendes Material. Weiter ist eine zusätzliche Isolationsschicht 58 auf dem Schraubenkopf 38 vorgesehen, wie insbesondere in 4a zu sehen ist. Mittels einer Drehung des Schraubenkopfes 38 bzw. des Steckelements 28 um 90°, 180°, oder 360° um die Längsachse des Stiftes 40 kann eine Arretierung des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 erfolgen. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass sich das Steckelement 28 nach Drehen des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 aufgrund der Arretierung nicht weiter in axialer Richtung bewegen bzw. verschieben lässt. Um die Verspannung der Kontaktpole 4' und 6' lösen zu können, ist eine Drehung des Schraubenkopfes 38 bzw. des Steckelements 28 in die entgegengesetzte Richtung notwendig. Hierbei ist eine Drehung in die entgegengesetzte Richtung lediglich mit einem gewissen Kraftaufwand, wie beispielsweise einem Drehmoment möglich, welches mindestens 50% oder sogar mehr als 100% über dem zur Rotation im nicht arretierten Zustand erforderlichen Drehmoment liegt.
Weiterhin weist der Stift 40 eine Verriegelungseinrichtung auf, beispielsweise in Form eines Hakens 44 oder eines senkrecht durch den Stift 40 durchgesteckten Querstifts 44'. Der Haken 44 wird in eine Ausnehmung 42 oder einen Hinterschnitt eingebracht, welche im Bereich der dritten kreisförmigen Aussparung 20, vorzugsweise jedoch im Bereich der zweiten kreisförmigen Aussparung 18 angeordnet sein kann. Die Ausnehmung 42 bzw. der Hinterschnitt kann sich auch von der zweiten kreisförmigen Aussparung 18 bis in die dritte kreisförmige Aussparung 20 erstrecken. Durch Rotation des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 greift der Haken 44 in die Ausnehmung 42 ein, wodurch das Steckelement 28 bzw. der Stift 40 seine Arretierungsposition erreichen kann und eine axiale Verschiebung des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 verhindert wird. Hierzu kann die Ausnehmung 42 beispielsweise zudem eine hakenförmige Nut aufweisen, in welche der Haken 44 bzw. der Querstift 44' eingreifen kann. Alternativ oder auch zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Stift 40 eine Ausnehmung aufweist, in welcher eine Verriegelungseinrichtung eines Vorrichtungsbestandteils aufgenommen werden kann. Die Ausnehmung 42 kann dabei einen geschwungenen Verlauf aufweisen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung 42 zumindest abschnittsweise mit einem Steigungswinkel versehen, welcher sich um die Längsachse des Steckelements 28 bzw. des Stifts 40 windet. Hierdurch kann durch relative Rotation des Steckelements 28 bzw. des Stifts 40 um die Längsachse eine Bewegung des Steckelements 28 bzw. des Stifts 40 in axialer Richtung erzwungen werden. Beispielsweise kann mittels einer Rotation um einen Winkel von maximal 360° ein Anpressdruck zwischen der ersten Kontaktfläche 4'' des ersten Kontaktpols 4' und der zweiten Kontaktfläche 6'' des zweiten Kontaktpols 6' erzeugt werden, welcher mindestens 1 N/qm, mindestens 10 N/qm oder mindestens 100 N/qm betragen kann. Auf diese Weise kann ein sogenannter Bajonettverschluss 56 ausgebildet werden, mittels welchen Bajonettverschlusses 56 eine schnell herstellbare bzw. lösbare Verbindung des Fixierungsmittels 26 und des ersten Mantelelements 8 bzw. des ersten Leiterelements 4 verwirklicht werden kann.
Um das erste Leiterelement 4 und das zweite Leiterelement 6 bzw. den ersten Kontaktpol 4' und den zweiten Kontaktpol 6' fixieren und/oder weiter miteinander verspannen zu können, verfügt das Steckelement 28 bzw. der Stift 40 zudem über ein zusätzliches Spannelement 34. Mittels des Spannelements 34 kann sichergestellt werden, dass die erste Kontaktfläche 4'' des ersten Kontaktpols 4' und die zweite Kontaktfläche 6'' des zweiten Kontaktpols 6' zumindest abschnittsweise aneinander gepresst werden, wobei eine feste elektrisch leitfähige Verbindung entsteht. Das Spannelement 34 kann beispielsweise in Form eines Federelements 36 ausgebildet sein. Bei dem Federelement 36 kann es sich beispielsweise um eine Tellerfeder handeln, welche vorzugsweise in einem Bereich unterhalb des Schraubenkopfs 38 angeordnet ist. Das Federelement 36 wird hierbei gespannt, sobald das Federelement 36 auf einer Oberfläche des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 aufliegt, und die Verriegelungseinrichtung 44, 44' aufgrund einer Drehbewegung des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 in die Ausnehmung 42 bzw. den Hinterschnitt eingreift.
In 2 ist eine Detailansicht miteinander gekoppelter Kontaktpole 4' und 6' der Leiterelemente 4 und 6 bzw. miteinander gekoppelter Mantelelemente 8 und 12 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt. Hierbei ist deutlich zu sehen, wie der untere Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 in der zweiten Ausnehmung 14 des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 aufgenommen ist, bzw. wie der obere Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 in der ersten Ausnehmung 10 des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 aufgenommen ist. Wie bereits beschrieben, ist das erste elektrische Leiterelement 4 derart in dem unteren Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 angeordnet, dass die erste Kontaktfläche 4'' des ersten Kontaktpols 4' durch die Ausnehmung 10 (vgl. 1) frei liegt. Ebenfalls ist das zweite elektrische Leiterelement 6 derart in dem oberen Abschnitt 12' des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement 12 angeordnet, dass die zweite Kontaktfläche 6'' des zweiten Kontaktpols 6' frei liegt. Das erste elektrische Leiterelement 4 steht dabei in einem gewissen Ausmaß aus dem unteren Abschnitt 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 hervor, sodass sich zwischen dem Material 8a des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 und der zweiten Kontaktfläche 6'' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 ein Abstand 8b ergibt. Entsprechendes kann ebenfalls für das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 gelten, sodass sich zwischen dem Material 12a des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements 12 und der ersten Kontaktfläche 4'' des ersten elektrischen Leiterelements 4 ein Abstand 12b ergibt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der erste Kontaktpol 4' und der zweite Kontaktpol 6' in den Bereichen der ersten Kontaktfläche 4'' und der zweiten Kontaktfläche 6'' sicher aufeinander aufliegen, wodurch eine konstante elektrische Verbindung erhalten werden kann. Eine Störung der elektrisch leitenden Verbindung aufgrund überstehenden Materials 8a bzw. 12a der elektrisch isolierenden Mantelelemente 8 und 12 wird so vermieden.
Die 3 zeigt eine Detailansicht einer Verriegelungseinrichtung in Form eines Bajonettverschlusses 56 des Fixierungsmittels 26. Hierbei ist ein Teil des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 abgebildet. Das erste Leiterelement 4 ist durch das erste elektrisch isolierende Mantelelement 8 aufgenommen. Der Haken 44 bzw. der Querstift 44' kann die dritte kreisförmige Aussparung 20 teilweise durchdringen und bei einer Drehung des Steckelements 28 bzw. des Schraubenkopfes 38 in die geschwungen ausgebildete Ausnehmung 42 eingefügt werden. Der Stift 40 des Steckelements 28 weist eine solche Dimensionierung auf, dass der vorzugsweise in einem Endbereich des Stiftes 40 angeordnete Haken 44 bzw. Querstift 44' bis in die dritte kreisförmige Aussparung 20 des unteren Abschnitts 8' des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 reichen kann und somit die erste kreisförmige Ausnehmung 16 des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements 8 sowie die zweite kreisförmige Ausnehmung 18 des ersten elektrischen Leiterelements 4 durchdringt. Die zweite kreisförmige Ausnehmung 18 und die dritte kreisförmige Ausnehmung 20 können gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
In 4a ist ein erfindungsgemäßes Fixierungsmittel 26 abgebildet. Das Fixierungsmittel 26 ist als ein Steckelement 28 ausgebildet, das einen Stift 40 aufweist. Am oberen Ende 40' des Stiftes 40 ist ein Schraubenkopf 38 angeordnet, um eine Drehbewegung des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 zu vereinfachen. Weiterhin weist der Schraubenkopf 38 eine zusätzliche Isolationsschicht 58 auf. Im Schraubenkopf 38 bzw. in der Isolationsschicht 58 ist ein Pfeilsymbol 46 eingebracht, wie 4b zeigt. Das Pfeilsymbol 46 bietet eine Orientierungshilfe, um eine Montage des Fixierungsmittels 26 zu erleichtern. So können beispielsweise auf einer Oberfläche des ersten Mantelelements 8 Positionierungspfeile 46' oder ein „open”- und/oder „close”-Schriftzug 62 abgebildet sein, welche einen Hinweis zu einer ausreichenden bzw. notwendigen Drehbewegung zur Fixierung des Steckelements 28 kennzeichnen. Mittels eines vertieft eingebrachten Pfeilsymbols 46 ist gleichzeitig auch eine Einkerbung 60 in die Oberfläche der Isolationsschicht 58 eingebracht. Durch die Einkerbung 60 bildet sich ein Angriffspunkt für ein Hilfsmittel zur Drehung des Steckelements 28, wie zum Beispiel ein Angriffspunkt für einen Schraubendreher.
Weiterhin weist das Steckelement 28 im Bereich des unteren Endes 40'' des Stifts 40 einen senkrecht durch den Stift 40 durchgeführten Querstift 44' auf. Alternativ kann statt des Querstifts 44' auch ein Haken 44 vorgesehen sein. Der Querstift 44' greift bei einer Drehung des Steckelements 28 in die Ausnehmung 42 ein, welche vorzugsweise zumindest abschnittsweise mit einem Steigungswinkel versehen ist. Zur weiteren Verspannung der ersten und zweiten elektrischen Leiterelements 4, 6 bzw. des ersten und zweiten Kontaktpols 4', 6' ist im Bereich des oberen Endes 40' des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40, jedoch unterhalb des Schraubenkopfes 38, ein Spannelement 34 angeordnet. Bei dem Spannelement 34 handelt es sich vorzugsweise um eine Tellerfeder 36. Sobald das Steckelement 28 aufgrund eines Eingriffs des Querstifts 44' in die Ausnehmung 42 bei einer Drehbewegung eingedreht wird, kann eine Verspannung der Tellerfeder 36 erfolgen, welche sodann auf der Oberfläche des ersten Mantelelements 8 aufliegt. Bei einer weiteren Drehbewegung des Steckelements 28 bzw. des Stiftes 40 wird die Tellerfeder 36 weiterhin bzw. zusätzlich gespannt.
Durch die 5 ist eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden mindestens eines ersten und eines zweiten elektrischen Leiterelements 4 und 6 dargestellt. Die Vorrichtung 2 umfasst dabei ebenfalls ein erstes und ein zweites elektrisches Leiterelement 4 und 6. Das erste elektrische Leiterelement 4 weist einen ersten Kontaktpol 4' auf und das zweite elektrische Leiterelement 6 einen zweiten Kontaktpol 6'. Der erste Kontaktpol 4' des ersten elektrischen Leiterelements 4 und der zweite Kontaktpol 6' des zweiten elektrischen Leiterelements 6 sollen dabei an der ersten Kontaktfläche 4'' und der zweiten Kontaktfläche 6'' miteinander in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden.
Wie bei der Ausgestaltungsvariante der 1 können auch hier das erste Mantelelement 8 und das zweite Mantelelement 12 aufgrund der ersten und zweiten Ausnehmung 10 und 14 ineinander geschoben werden, sodass an der ersten und zweiten Kontaktfläche 4'' und 6'' des ersten und zweiten elektrischen Leiterelements 4 und 6 eine elektrisch leitende Verbindung entstehen kann. Um das erste und das zweite Mantelelement 8 und 12 bzw. die erste und zweite Kontaktfläche 4'' und 6'' miteinander zu verspannen, ist ein Fixierungsmittel 26 notwendig. Das Fixierungsmittel 26 ist hierbei als ein Klammerelement 66 ausgestaltet, das einen in etwa U-förmigen Verlauf aufweist. Bei einer Koppelung des ersten isolierenden Mantelelements 8 und des zweiten isolierenden Mantelelements 12 überdeckt das Klammerelement 66 zumindest eine Seitenfläche 70 abschnittsweise in vertikaler Richtung vollständig. Klammerenden 68 des Klammerelements 66 können dabei auf der Oberfläche des oberen Abschnitts 8'' des ersten isolierenden Mantelelements 8 und auf der Oberfläche des unteren Abschnitts 12'' des zweiten isolierenden Mantelelements 12 aufliegen, wodurch die erste und zweite Kontaktfläche 4'' und 6'' aneinander gepresst werden können. Zur Verbesserung der Anpressung können die Klammerenden 68 zusätzlich mit Spannelementen 36 ausgestattet sein.
Die 6a und 6b zeigen jeweils unterschiedlich ausgeprägte Profilierungen 64 der jeweiligen Kontaktflächen 4'' und 6'' des ersten Kontaktpols 4' und des zweiten Kontaktpols 6'. Insbesondere haben sich zahnförmige Profilierungen 64 als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Profilierung 64 der 6 aweist wenige Zähne 64' auf, die der 6b hingegen eine größere Anzahl. Die Zähne 64' der zahnförmigen Profilierung 64 der ersten Kontaktfläche 4'' sind derart ausgebildet, dass sie mit den Zähnen 64' der zahnförmigen Profilierung 64 der zweiten Kontaktfläche 6'' in Eingriff stehen können. Durch die zahnförmige Profilierung 64 ist eine Vergrößerung der Oberfläche des ersten und des zweiten Kontaktpols 4', 6' möglich, wodurch eine große Stromübertragungsfläche entstehen kann, sowie eine ausreichende Kühlfläche für einen Wärmeabtransport. Auch kann die Verbindung der Kontaktpole 4, 6 mechanisch stabilisiert werden.
In 7 ist eine bevorzugte Anwendungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 abgebildet. Die Vorrichtung 2 wird als sogenannter Hochstromverbinder 2' eingesetzt. Hierbei wird das zweite elektrisch isolierende Mantelelement 12 bzw. das zweite elektrische Leiterelement 6 mittels eines Kupferbandes 48 an eine Aluminium-Platte 50 angebunden. Die Aluminium-Platte 50 kann an ein Zellterminal 54 eines Batterieelements, beispielsweise in Form einer Lithium-Zelle 52, gekoppelt werden. Auf diese Weise wird eine einfache Anbindung des Hochstromverbinders 2' an eine Lithium-Zelle 52 bereitgestellt, durch welchen Hochstromverbinder 2' eine elektrische Anbindung der Lithium-Zelle 52 an eine Stromquelle erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

2: Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung
2': Hochstromverbinder
4: erstes elektrisches Leiterelement
4': erster Kontaktpol
4'': erste Kontaktfläche
6: zweites elektrisches Leiterelement
6': zweiter Kontaktpol
6'': zweite Kontaktfläche
8: erstes elektrisch isolierendes Mantelelement
8': unterer Abschnitt des ersten Mantelelements
8'': oberer Abschnitt des ersten Mantelelements
8a: Material des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements
8b: Abstand zwischen dem Material des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements und der zweiten Kontaktfläche des zweiten elektrischen Leiterelements
10: erste Ausnehmung
12: zweites elektrisch isolierendes Mantelelement
12': oberer Abschnitt des zweiten Mantelelements
12'': unterer Abschnitt des zweiten Mantelelements
12a: Material des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements
12b: Abstand zwischen dem Material des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements und der ersten Kontaktfläche des ersten elektrischen Leiterelements
14: zweite Ausnehmung
16: erste kreisförmige Aussparung
18: zweite kreisförmige Aussparung
20: dritte kreisförmige Aussparung
22: vierte kreisförmige Aussparung
24: fünfte kreisförmige Aussparung
26: Fixierungsmittel
28: Steckelement
30: Pfeil
32: Pfeil
34: Spannelemente
36: Federelement, Tellerfeder
38: Schraubenkopf
40: Stift
40': oberes Ende des Stiftes
40'': unteres Ende des Stiftes
42: Ausnehmung
44: Haken
44': Querstift
46: Pfeilsymbol
46': Positionierungspfeile
48: Kupferband
50: Aluminium-Platte
52: Lithium-Zelle
54: Zellterminal
56: Bajonettverschluss
58: Isolationsschicht
60: Einkerbung
62: Schriftzug
64: Profilierung
64': Zähne
66: Klammerelement
68: federnde Klammerenden
70: Seitenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010033374 B4 [0003]

Claims

Vorrichtung (2) zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung, umfassend: a. mindestens ein erstes elektrisches Leiterelement (4), welches einen ersten Kontaktpol (4') aufweist, b. mindestens ein zweites elektrisches Leiterelement (6), welches einen zweiten Kontaktpol (6') aufweist, c. welches mindestens erste elektrische Leiterelement (4) zumindest bereichsweise von einem ersten elektrisch isolierenden Mantelelement (8) umgeben ist, durch welches der erste Kontaktpol (4') aufgenommen und/oder gehalten wird, wobei das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) im Bereich des ersten Kontaktpols (4') des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements (4) eine erste Ausnehmung (10) aufweist, d. und welches mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) zumindest bereichsweise von einem zweiten elektrisch isolierenden Mantelelement (12) umgeben ist, durch welches der zweite Kontaktpol (6') aufgenommen und/oder gehalten wird, wobei das zweite elektrisch isolierende Mantelelement (12) im Bereich des zweiten Kontaktpols (6') des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements (6) eine zweite Ausnehmung (14) aufweist e. und wobei die Vorrichtung (2) mindestens ein Fixierungsmittel (26) umfasst, welches durch die erste Ausnehmung (10) und die zweite Ausnehmung (14) geführt werden kann oder welches die erste Ausnehmung (10) und die zweite Ausnehmung (14) zumindest teilweise seitlich umschließt, um zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktpol (4') und dem zweiten Kontaktpol (6') das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) und das zweite elektrisch isolierende Mantelelement (12) lösbar aneinander zu koppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Ausnehmung (10) des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) und die zweite Ausnehmung (14) des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) derart ausgebildet sind, dass ein unterer Abschnitt (8') des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) in die zweite Ausnehmung (14) des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) bringbar ist und ein oberer Abschnitt (12') des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) in die erste Ausnehmung (10) des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) eine erste Aussparung (16) aufweist, welche einen oberen Abschnitt (8'') des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) vollständig durchdringt, und wobei das mindestens eine erste elektrische Leiterelement (4) eine zweite Aussparung (18) aufweist, welche das mindestens eine erste elektrische Leiterelement (4) zumindest teilweise durchdringt, wobei die erste Aussparung (16) und die zweite Aussparung (18) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste elektrisch isolierende Mantelelement (8) eine dritte Aussparung (16) aufweist, welche den unteren Abschnitt (8') des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) zumindest teilweise durchdringt und welche fluchtend zu der ersten Aussparung (16) und der zweiten Aussparung (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite elektrisch isolierende Mantelelement (12) eine vierte Aussparung (22) aufweist, welche den oberen Abschnitt (12') des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) vollständig durchdringt, und wobei das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) eine fünfte Aussparung (24) aufweist, welche das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) vollständig durchdringt, wobei die vierte Aussparung (22) und die fünfte Aussparung (24) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei die erste Aussparung (16), die zweite Aussparung (18), die dritte Aussparung (20), die vierte Aussparung (22) und die fünfte Aussparung (24) jeweils als eine zumindest annähernd kreisförmige Aussparung ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Aussparung (16) des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) sowie die zweite Aussparung (18) des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements (4) und die vierte Aussparung (22) des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) sowie die fünfte Aussparung (24) des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements (6) in einer gekoppelten Stellung des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) und des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Fixierungsmittel (26) zumindest teilweise durch die erste, zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Aussparung (16, 18, 20, 22, 24) bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Fixierungsmittel (26) als ein Steckelement (28) ausgebildet ist, welches Steckelement (28) mindestens einen Stift (40) aufweist, der zumindest teilweise durch die zueinander fluchtend angeordneten Aussparungen (16, 18, 20, 22, 24) führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Stift (40) in einem zumindest teilweise in die Aussparungen geführten Zustand im Bereich der ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aussparung (16, 18, 20, 22, 24) arretierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei das Steckelement (28) einen Schraubenkopf (38) aufweist, welcher bei einer Drehung um vorzugsweise 360°, 180° oder 90° eine entsprechende Drehung und/oder Arretierung des Steckelements (28) und/oder des mindestens einen Stiftes (38) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das zumindest eine Steckelement (28) eine Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Hakens (44) oder eines Querstifts (44'), aufweist, welches bei einer Drehung des Steckelements (28) und/oder des Schraubenkopfs (38) in einer Ausnehmung (42) oder einem Hinterschnitt eines Vorrichtungsbestandteils, vorzugsweise im Bereich der zweiten Aussparung (18) des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements (4) und/oder im Bereich der dritten Aussparung (20) des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8), eingreifen, einrasten und/oder einschnappen kann oder wobei das zumindest eine Steckelement (28) eine Ausnehmung oder einen Hinterschnitt aufweist, in welche eine Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Hakens oder eines Querstifts, vorzugsweise im Bereich des ersten elektrisch isolierenden Mantelelements (8) und/oder des zweiten elektrisch isolierenden Mantelelements (12), eingreifen, einrasten und/oder einschnappen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Verriegelungseinrichtung des zumindest einen Steckelements (28) sowie die Ausnehmung oder der Hinterschnitt eines Vorrichtungsbestandteils einen Bajonettverschluss ausbilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Steckelement (28) ein Spannelement (34) aufweist, mittels welchen Spannelementes (34) der erste Kontaktpol (4') des mindestens einen ersten elektrischen Leiterelements (4) und der zweite Kontaktpol (6') des mindestens einen zweiten elektrischen Leiterelements (6) zumindest bereichsweise miteinander verspannbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fixierungsmittel (26) als ein Klammerelement (66) ausgebildet ist, das bei einer Koppelung des ersten isolierenden Mantelelements (8) und des zweiten isolierenden Mantelelements (12) zumindest eine Seitenfläche (70) abschnittsweise in vertikaler Richtung vollständig überdeckt und dessen Klammerenden (68) auf der Oberfläche des oberen Abschnitts (8'') des ersten isolierenden Mantelelements (8) und auf der Oberfläche eines unteren Abschnitts (12'') des zweiten isolierenden Mantelelements (12) aufliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Klammerelement (66) U-förmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Klammerelement (66) an den Klammerenden (68) mit Spannelementen (36) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das mindestens eine erste elektrische Leiterelement (4) zumindest in einem Bereich einer ersten Kontaktfläche (4'') des ersten Kontaktpols (4') und des zweiten Kontaktpols (6'), und das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) zumindest in einem Bereich einer zweiten Kontaktfläche (6'') des zweiten Kontaktpols (6') und des ersten Kontaktpols (4') jeweils als ein zumindest annähernd ebenes Metallelement ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das mindestens eine erste elektrische Leiterelement (4) zumindest in einem Bereich der ersten Kontaktfläche (4'') des ersten Kontaktpols (4') und des zweiten Kontaktpols (6'), und das mindestens eine zweite elektrische Leiterelement (6) zumindest in einem Bereich der zweiten Kontaktfläche (6'') des zweiten Kontaktpols (6') und des ersten Kontaktpols (4') jeweils als ein profiliertes, vorzugsweise zahnförmig profiliertes Metallelement ausgebildet sind.
Vorrichtung (2) zum Verbinden mindestens eines ersten elektrischen Leiterelements (4) und mindestens eines zweiten elektrischen Leiterelements (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei es sich bei der Vorrichtung um einen Hochstromverbinder (2') handelt.
Batterieelement, welches eine Vorrichtung (2) oder mehrere Vorrichtungen (2) zum Verbinden mindestens eines ersten elektrischen Leiterelements (4) und mindestens eines zweiten elektrischen Leiterelements (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 umfasst.
Batterieelement nach Anspruch 21, wobei es sich bei dem Batterieelement um ein Fahrzeugbatterieelement handelt.