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Die Erfindung betrifft eine Buchsenvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer korrespondierenden Steckervorrichtung, wobei die Buchsenvorrichtung ein erstes Kontaktteil mit einer ersten Kontaktfläche zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten Kontaktfläche eines korrespondierenden zweiten Kontaktteils der korrespondierenden Steckervorrichtung aufweist und eine bezüglich des ersten Kontaktteils zentral angeordnete und sich in einer axialen Verbindungsrichtung erstreckende erste Koppeleinrichtung zum mechanischen Verbinden mit einer korrespondierenden zweiten Koppeleinrichtung der Steckervorrichtung. Darüber hinaus umfasst die Buchsenvorrichtung einen ersten elektrisch isolierenden Berührschutzteil in Form eines ersten Isoliermantels, welcher den ersten Kontaktteil in der axialen Verbindungsrichtung überragt und den mindestens einen ersten Kontaktteil zumindest zum Großteil, vorzugsweise vollständig, in einer Umfangsrichtung umgibt. Darüber hinaus weist die Buchsenvorrichtung einen elektrisch isolierenden zweiten Berührschutzteil auf, welcher den ersten Kontaktteil in der ersten axialen Verbindungsrichtung ebenfalls überragt und in radialer Richtung innerhalb des ersten Isoliermantels angeordnet ist, sodass die erste Kontaktfläche zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil angeordnet ist. Weiterhin weist die Buchsenvorrichtung einen durch einen Freibereich gebildeten und zumindest den zweiten Berührschutzteil und die erste Koppeleinrichtung in der Umfangsrichtung zumindest zum Großteil, vorzugsweise vollständig, umgebenden ersten Aufnahmebereich zur Aufnahme eines korrespondierenden zweiten Isoliermantels der korrespondierenden Steckervorrichtung auf. Zur Erfindung gehört auch eine korrespondierende Steckervorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer solchen Buchsenvorrichtung, sowie auch ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, welches zum elektrischen Kontaktieren des Batteriemoduls mit einem zweiten Batteriemodul eine solche Buchsenvorrichtung und/oder Steckervorrichtung aufweist.
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Buchsenvorrichtungen und Steckervorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese können beispielsweise als Modulverbinder zum elektrischen Kontaktieren von Batteriemodulen einer Hochvoltbatterie verwendet werden. Gerade bei solchen Hochvoltanwendungen spielt der Berührschutz eine zentrale Rolle, weshalb die jeweiligen Komponenten eines solchen Modulverbinders, zum Beispiel die Buchsenvorrichtung und die korrespondierende mit der Buchsenvorrichtung zu koppelnde Steckervorrichtung, üblicherweise auch im nicht miteinander gekoppelten Zustand berührsicher hinsichtlich der Berührung durch einen menschlichen Finger, der durch einen Normfinger repräsentiert sein kann, ausgebildet sind.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2017 210 425 A1 einen Modulverbinder, welcher zwei elektrisch leitend miteinander verbindbare Anschlussteile umfasst. Diese Anschlussteile weisen dabei jeweilige elektrisch leitende Kontaktflächen auf, die im gekoppelten Zustand der Anschlussteile miteinander in Kontakt stehen. Zur Befestigung der beiden Anschlussteile aneinander weist eines der Anschlussteile eine zentral angeordnete Schraube und das andere der Anschlussteile eine zentral angeordnete Gewindebuchse auf. Weiterhin weist jedes der Anschlussteile einen äußeren Isolierkragen auf, welcher die jeweiligen Kontaktelemente in axialer Richtung überragt, sowie auch jeweilige innere Berührschutzelemente, die ebenfalls elektrisch isolierend ausgebildet sind, und ebenfalls die jeweiligen Kontaktflächen sowie auch die Schraube in Richtung ihres dem Schraubenkopf abgewandten Ende und andererseits auch die Gewindebuchse überragen. Durch diese beiden Berührschutzelemente, nämlich dem Äußeren und dem Inneren, welche einem jeweiligen Anschlussteil zugeordnet sind, wird verhindert, dass ein Finger irgendwelche elektrisch leitfähigen Elemente berühren kann, da diese Berührschutzteile einen solchen Abstand voneinander aufweisen, dass kein (Norm-)Finger dazwischen passt. Eine ähnliche Verbindungsanordnung ist auch in der
DE 10 2016 206 378 A1 beschrieben.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2014 203 128 A1 ebenfalls eine elektrische Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Hochvoltverbindung aus zwei Verbindungselementen. In diesem Fall sind jedoch die Schraube und die Schraubenmutter, die zum mechanischen Verbinden der beiden Verbindungselemente verwendet werden, von den eigentlichen Kontaktelementen der betreffenden Verbindungselemente elektrisch isoliert. Dadurch müssen zwar die Schraube und die Mutter an sich nicht mehr berührgeschützt ausgeführt werden, andererseits kann hierdurch jedoch nicht mehr das elektrisch leitende Material der Schraube und der Mutter als zusätzlicher Leitungsquerschnitt mitgenutzt werden, und zudem muss hierdurch die Schraubverbindung über ein nicht-metallisches Element, wie eine elektrisch isolierende Unterlegscheibe, bewerkstelligt werden, die teuer herzustellen ist, da sie aus einem Material sein muss, welches nicht leitend und dennoch ausreichend hitzebeständig ist und auch besonders hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten sollte, um eine ausreichend große Anpresskraft und damit eine ausreichend stabile Verbindung der beiden Verbindungselemente bereitzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Buchsenvorrichtung, eine korrespondierende Steckervorrichtung und ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Sicherheit bei der Verbindung der Buchsenvorrichtung mit der korrespondierenden Steckervorrichtung auf möglichst einfache, kostengünstige und vor allem bauraumsparende und kompakte Weise weiter zu steigern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Buchsenvorrichtung, durch eine Steckervorrichtung und durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Buchsenvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer korrespondierenden Steckervorrichtung weist dabei ein erstes Kontaktteil mit einer ersten Kontaktfläche zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten Kontaktfläche eines korrespondierenden zweiten Kontaktteils der korrespondierenden Steckervorrichtung auf, sowie eine bezüglich des ersten Kontaktteils zentral angeordnete und sich in einer axialen Verbindungsrichtung erstreckende erste Koppeleinrichtung zum mechanischen Verbinden mit einer korrespondierenden zweiten Koppeleinrichtung der Steckervorrichtung. Darüber hinaus weist die Buchsenvorrichtung einen ersten elektrisch isolierenden Berührschutzteil in Form eines ersten Isoliermantels auf, welcher den ersten Kontaktteil in der axialen Verbindungsrichtung überragt und den mindestens einen ersten Kontaktteil zumindest zum Großteil und vorzugsweise vollständig in einer Umfangsrichtung umgibt. Weiterhin weist die Buchsenvorrichtung einen elektrisch isolierenden zweiten Berührschutzteil auf, welcher den ersten Kontaktteil in der axialen Verbindungsrichtung ebenfalls überragt und in radialer Richtung innerhalb des ersten Isoliermantels angeordnet ist, sodass die erste Kontaktfläche zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Buchsenvorrichtung einen durch einen Freibereich gebildeten und zumindest den zweiten Berührschutzteil und die erste Koppeleinrichtung in der Umfangsrichtung zumindest zum Großteil, vorzugsweise vollständig, umgebenden ersten Aufnahmebereich zur Aufnahme eines korrespondierenden zweiten Isoliermantels der korrespondierenden Steckervorrichtung auf. Darüber hinaus weist die Buchsenvorrichtung mindestens ein Isolierteil auf, welches sich in radialer Richtung erstreckend am ersten und/oder zweiten Berührschutzteil und in einer Höhe oberhalb der ersten Kontaktfläche bezüglich der axialen Verbindungsrichtung derart angeordnet ist, dass sich das mindestens eine Isolierteil in einer Draufsicht auf die Buchsenvorrichtung entgegen der axialen Verbindungsrichtung zumindest zum Teil in Überdeckung mit einem Teil des ersten Aufnahmebereichs, aber nicht in Überdeckung mit der ersten Kontaktfläche befindet.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass potentielle Gefahren beim Hantieren mit Hochvoltkomponenten nicht nur daraus resultieren können, dass spannungstragende Teile von einem Finger eines Benutzers direkt berührt werden könnten, sondern insbesondere auch daraus, dass solche Teile durch ein Werkzeug kontaktiert werden, welches üblicherweise zum Beispiel zum Koppeln der Buchsenvorrichtung mit der korrespondierenden Steckervorrichtung oder zum Entkoppeln dieser beiden Vorrichtungen voneinander verwendet wird. Übliche im Stand der Technik bekannte Schutzmaßnahmen sind lediglich darauf gerichtet, einen Berührschutz solcher einzelnen Komponenten, wie einer Buchsenvorrichtung und einer Steckervorrichtung, bereitzustellen, sodass eine direkte Berührung von spannungstragenden Teilen durch einen Finger ausgeschlossen werden kann. Nichtsdestoweniger ist eine solche Kontaktierung, insbesondere versehentliche Kontaktierung, durch ein Werkzeug dennoch möglich. Gerade, wenn die oben genannte erste und zweite Koppeleinrichtung beispielsweise als Schraube und korrespondierende Innengewindebuchse ausgebildet sind, so wird zum Koppeln der Buchsenvorrichtung mit der Steckervorrichtung üblicherweise ein geeigneter Schraubenschlüssel verwendet. Ein solcher Schraubenschlüssel kann zum Beispiel als Rohrsteckschlüssel oder mit einer geeigneten Stecknuss ausgebildet sein, sodass ein solcher Schraubenschlüssel typischerweise zum Drehen des korrespondierenden Schraubenkopfes ebenfalls eine Art ringförmiges Bauteil mit einer zum Schraubenkopf korrespondierenden vieleckförmigen Innenfläche aufweist. Gerade durch ein solches ringförmiges Bauteil besteht die Gefahr, dass dieses bei herkömmlichen Buchsenvorrichtungen in dem typischerweise ebenfalls ringförmig ausgebildeten Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil gelangen kann, wo die etwas zurückversetzte Kontaktfläche angeordnet ist. Entsprechend besteht die Gefahr, dass zum Beispiel bei der Reparatur eines Batteriemoduls oder Batterie oder im Servicefall beim Demontieren der Buchsenvorrichtung von der Steckervorrichtung oder beim erneuten Kontaktieren dieser beiden Vorrichtungen versehentlich mit einer solchen Werkzeugvorrichtung in diesen Zwischenraum zwischen den beiden Berührschutzteilen und schlimmstenfalls in Kontakt mit dem Kontaktteil der Buchsenvorrichtung gelangt werden kann. Durch einen solchen Kontakt zwischen dem Werkzeug und einem elektrisch leitenden Bauteil der Buchsenvorrichtung, wie zum Beispiel dem ersten Kontaktteil, kann es zu einem Kurzschluss kommen und im schlimmsten Fall auch zu einem elektrischen Schlag des Monteurs. Diese Gefahr, dass ein solches Werkzeug nun in den Zwischenraum zwischen den beiden Berührschutzteilen der Buchsenvorrichtung gelangen kann, kann nun vorteilhafterweise erfindungsgemäß durch das Vorsehen des mindestens einen Isolierteils deutlich reduziert werden, da dieses zu einer effektiven Querschnittsverringerung zwischen diesen beiden Berührschutzteilen führt. Das mindestens eine Isolierteil ist dabei ebenfalls elektrisch isolierend ausgebildet, das heißt aus einem elektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel einem Kunststoff. Dass das mindestens eine Isolierteil in einer Höhe oberhalb der ersten Kontaktfläche angeordnet ist, soll dabei so verstanden werden, dass zumindest der bezüglich der axialen Verbindungsrichtung höchste Punkt oder Bereich des des zumindest eine Isolierteils oberhalb der gesamten ersten Kontaktfläche angeordnet ist. Nichtsdestoweniger kann sich das mindestens eine Isolierteil von seinem höchsten Punkt auch entgegen der axialen Verbindungsrichtung so weit nach unten erstrecken, dass dessen tiefster Punkt unterhalb der Kersten Kontaktfläche liegt. Es können auch mehrere solcher Isolierteile, für die dann gleiches gelten kann und die zum Beispiel in Form einfacher Vorsprünge oder Stege, vorgesehen werden, um dieses Risiko weiter zu verringern. Ein solches Isolierteil kann also zum Beispiel in Form eines Stegs oder Vorsprungs oder einer Art Nase vom ersten Berührschutzteil radial in Richtung des zweiten Berührschutzteils oder auch vom zweiten Berührschutzteil radial in Richtung des ersten Berührschutzteils hervorstehen und somit das Eindringen eines Werkzeugs zwischen diese beiden Berührschutzteile deutlich erschweren. Insbesondere gilt dies gerade für den oben beschriebenen Schraubenschlüssel. Somit kann auf besonders vorteilhafte Weise die Sicherheit im Zusammenhang mit Modulverbindern beziehungsweise im Allgemeinen im Zusammenhang mit der beschriebenen Buchsenvorrichtung und ihrer korrespondierenden Steckervorrichtung deutlich erhöht werden. Zudem wird die Erhöhung dieser Sicherheit auf besonders einfache Weise durch das Vorsehen zumindest eines Isolierteils bewerkstelligt, sodass alle übrigen Komponenten der Buchsenvorrichtung sowie der korrespondierenden Steckervorrichtung im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Ausbildung gleich bleiben können oder mit sehr geringfügigen und keinen zusätzlichen Bauraum erfordernden Modifikationen auskommen. Auch können die üblicherweise bei der Montage und Demontage verwendeten Werkzeuge unverändert bleiben und benötigen nicht extra einen separaten oder zusätzlichen bzw. speziellen Hochvolt-geeigneten Isolationsschutz oder ähnliches. Somit können zusätzlich Kosten eingespart werden und die Sicherheit lässt sich auf besonders bauraumeffiziente und kompakte Weise erhöhen.
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Bei der Buchsenvorrichtung und der nachfolgend noch näher beschriebenen korrespondierenden Steckervorrichtung handelt es sich vorzugsweise um zwei Komponenten eines Modulverbinders, die zum Koppeln, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren, zweier Batteriemodule einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs miteinander verbunden werden. Die Begriffe Buchsenvorrichtung und Steckervorrichtung an sich sollen dabei lediglich zum Ausdruck bringen, dass diese hinsichtlich ihres Kopplungsmechanismus korrespondierend ausgebildet sind, und zwar derart, dass die Buchsenvorrichtung mit der korrespondierenden Steckervorrichtung elektrisch und mechanisch verbindbar ist. Darüber hinaus sollen im Allgemeinen keine weiteren Merkmale durch diese Begriffswahl als solche impliziert sein. In gleicher Weise könnten die Buchsenvorrichtung und die korrespondierende Steckervorrichtung auch als erste und zweite Kopplungseinheit oder ähnliches bezeichnet sein.
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Das erste Kontaktteil mit der ersten Kontaktfläche der Buchsenvorrichtung, sowie auch das korrespondierende zweite Kontaktteil der Steckervorrichtung sind dabei elektrisch leitend ausgebildet, das heißt aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall oder einer Legierung, und auch die erste und zweite Koppeleinrichtung sind vorzugsweise zum Großteil elektrisch leitfähig ausgebildet, insbesondere ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie zum Beispiel Metall oder einer Legierung. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die erste Koppeleinrichtung vom ersten Kontaktteil nicht elektrisch isoliert ist, sondern dieses zum Beispiel auch mechanisch kontaktieren kann, zum Beispiel an diesem angeordnet ist oder sogar einstückig mit diesem ausgebildet ist. Gleiches gilt im Übrigen auch für die zweite Koppeleinrichtung und das zweite Kontaktteil der korrespondierenden Steckervorrichtung. Da gerade die zweite Koppeleinrichtung der korrespondierenden Steckervorrichtung, wie diese nachfolgend näher beschrieben wird, vorzugsweise als Schraube mit einem Schraubenkopf ausgebildet ist, so ist es gerade im Zusammenhang mit dieser zweiten Koppeleinrichtung bevorzugt, dass sich diese zweite Koppeleinrichtung gegenüber dem zweiten Kontaktteil bewegen, insbesondere drehen und in axialer Richtung bewegen, lässt. Nichtsdestoweniger können die zweite Koppeleinrichtung sowie das zweite Kontaktteil dennoch in direktem Kontakt zueinander angeordnet sein.
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Die Buchsenvorrichtung sowie auch die korrespondierende Steckervorrichtung sind jeweils für sich genommen auch im nicht miteinander verbundenen Zustand berührsicher ausgestaltet, insbesondere in Bezug auf eine Berührung durch einen menschlichen Finger bzw. Normfinger. Mit anderen Worten können elektrisch leitende Bauteile, Komponenten oder Flächen der Buchsenvorrichtung sowie auch der Steckervorrichtung bedingt durch die entsprechende Ausbildung des korrespondierenden Berührschutzes nicht von einem menschlichen Finger, insbesondere einem Normfinger, berührt werden. Beispielsweise kann der oben genannte Schraubenkopf eine Ummantelung aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen. Dies hat den großen Vorteil, dass so einerseits die jeweiligen Koppeleinrichtungen als elektrische Leiter selbst zu einer Vergrößerung des Leitungsquerschnitts beitragen können. Mit anderen Worten ermöglicht dies wiederum eine deutlich kompaktere Ausgestaltung der Buchsenvorrichtung sowie auch der Steckervorrichtung, da ein erforderlicher, für die Anwendung sinnvoller Leitungsquerschnitt nicht allein durch die Ausbildung der jeweiligen Kontaktteile, sondern auch zusätzlich durch die jeweiligen Koppeleinrichtungen bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus lässt sich auf diese Weise eine besonders stabile Verbindung zwischen den beiden Koppeleinrichtungen der Buchsenvorrichtung und der Steckervorrichtung bereitstellen, da beide zum Beispiel aus metallischem Material ausgebildet werden können und ohne dazwischen befindliche elektrisch isolierende Teile miteinander verbunden werden können. Auch müssen die Koppeleinrichtungen jeweils nicht auf aufwendige Weise von den jeweiligen Kontaktteilen isoliert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zweite Berührschutzteil, der also in radialer Richtung innerhalb des ersten Berührschutzteils liegt und den ersten Kontaktteil in axialer Richtung, die zur Verbindungsrichtung, in welcher die Buchsenvorrichtung mit der korrespondierenden Steckervorrichtung verbindbar ist, korrespondiert, überragt, auch die erste Koppeleinrichtung selbst überragt. Dies stellt vorteilhafterweise sicher, dass diese erste Koppeleinrichtung entgegen der axialen Verbindungsrichtung nicht von einem Finger berührbar ist. Insbesondere kann sich dieser zweite Berührschutzteil in der axialen Verbindungsrichtung direkt an die erste Koppeleinrichtung anschlie-ßen.
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Damit die Kopplung der beiden Kontaktteile, insbesondere deren Kontaktflächen, der Buchsenvorrichtung und der korrespondierenden Steckervorrichtung nicht beeinträchtigt ist, ist es also vorteilhaft, wenn das mindestens eine Isolierteil derart an dem ersten und/oder zweiten Berührschutzteil angeordnet ist, so dass sich das mindestens eine Isolierteil in einer Draufsicht auf die Buchsenvorrichtung entgegen der axialen Verbindungsrichtung zumindest zum Teil in Überdeckung mit einem Teil des mindestens einen ersten Aufnahmebereichs, aber nicht in Überdeckung mit der ersten Kontaktfläche befindet. Damit die Steckervorrichtung weiterhin mit der Buchsenvorrichtung einfach zusammengesteckt werden kann, können auf einfache Weise im zweiten Isoliermantel der Steckervorrichtung Schlitze vorgesehen sein, wie dies später näher beschreiben wird. Aussparungen oder Schlitze in der zweiten Kontaktfläche der Steckervorrichtung können durch die beschriebene Positionierung des mindestens einen Isolierteils vorteilhafterweise vermieden werden, was andernfalls eine nachteilige Querschnittsverringerung der Kontaktfläche bewirken würde. Je nach Anordnung dieser ersten Kontaktfläche beziehungsweise des ersten Kontaktteils relativ zum ersten und zweiten Berührschutzteil ist es dann entsprechend vorteilhaft, wenn das Isolierteil entweder am ersten Berührschutzteil angeordnet ist oder am zweiten Berührschutzteil. Schließt sich die erste Kontaktfläche beispielsweise in radialer Richtung an den ersten Berührschutzteil an, dann ist das mindestens eine Isolierteil vorzugsweise am zweiten Berührschutzteil angeordnet und erstreckt sich in radialer Richtung nach außen. Schließt sich die erste Kontaktfläche dagegen in radialer Richtung an den zweiten Berührschutzteil an, dann ist das mindestens eine Isolierteil am ersten Berührschutzteil angeordnet und erstreckt sich in radialer Richtung nach innen. In beiden Fällen wird es so ermöglicht, dass sich das Berührschutzteil lediglich radial in den ersten Aufnahmebereich, welcher zur Aufnahme eines korrespondierenden Isoliermantels der korrespondierenden Steckervorrichtung vorgesehen ist, erstreckt. Dabei sind aber noch weitere Ausbildungsvarianten denkbar. Beispielsweise kann es sein, dass die korrespondierende Steckervorrichtung nicht nur einen solchen Isoliermantel aufweist, sondern zum Beispiel mehrere. Dann kann entsprechend auch ein weiterer durch einen solchen Freibereich gebildeter Aufnahmebereich vorgesehen werden. Ein solcher Aufnahmebereich kann sich dann beispielsweise an das erste elektrische Berührschutzteil anschließen und ein weiterer solcher Aufnahmebereich an das zweite Berührschutzteil. In diesem Fall können auch beide Berührschutzteile entsprechend jeweilige Isolierteile aufweisen, die sich in radialer Richtung erstrecken.
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Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung schließt sich das erste Kontaktteil mit der ersten Kontaktfläche direkt an die erste Koppeleinrichtung in radialer Richtung an und der Aufnahmebereich zur Aufnahme des korrespondierenden zweiten Isoliermantels der korrespondierenden Steckervorrichtung ist zwischen der ersten Kontaktfläche und dem äußeren ersten elektrisch isolierenden Berührschutzteil gebildet. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, dass das mindestens eine Isolierteil am ersten Berührschutzteil angeordnet ist und sich in radialer Richtung nach innen, insbesondere in Richtung des zweiten Berührschutzteils, erstreckt. Mit anderen Worten stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der erste Isoliermantel in einem bestimmten radialen Abstand zur ersten Kontaktfläche angeordnet ist, wobei der den Aufnahmebereich bildende Freibereich in radialer Richtung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Isoliermantel angeordnet ist, und wobei der mindestens eine Isolierteil am ersten Isoliermantel angeordnet ist und sich radial nach innen erstreckt. Auch durch diese Ausbildung lässt sich die Gefahr eines Berührens der ersten Kontaktfläche durch ein Werkzeug weiter reduzieren, da durch eine solche Ausbildung die erste Kontaktfläche einen kleineren Radius beziehungsweise Durchmesser aufweist als der diese Kontaktfläche umlaufende Aufnahmebereich, und auch typische Schraubwerkzeuge, wie der oben beschriebene Schraubenschlüssel, einen ausreichend großen Durchmesser haben müssen, um den korrespondierenden Schraubenkopf zum Verschrauben der Buchsenvorrichtung mit der korrespondierenden Steckervorrichtung umschließen zu können. Wäre das mindestens eine Isolierteil nicht vorhanden, so könnte ein solcher Schraubenschlüssel nur in einem äußeren Bereich dieses Zwischenraums zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil eindringen. Gerade dort ist jedoch nun auf besonders effektive Weise ein Eindringen durch das Vorsehen des mindestens einen Isolierteils verhindert. Somit könnten, wenn überhaupt, nur noch Vorrichtungen, die ringförmig ausgebildet sind und einen sehr geringen Durchmesser aufweisen, in diesem Bereich zwischen den beiden Berührschutzteilen eindringen. Solche Vorrichtungen wären jedoch dann typischerweise nicht mehr als Werkzeuge zum Verschrauben der Buchsenvorrichtung mit der Steckervorrichtung aufgrund ihres zu geringen Durchmessers geeignet, da durch sie der Schraubenkopf der Schraubeneinrichtung der korrespondierenden Steckervorrichtung von einem solchen Werkzeug nicht mehr umschlossen werden könnte.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Koppeleinrichtung als Innengewindebuchse zum mechanischen Verbinden mit der als Schraubeneinrichtung, zum Beispiel als Schraube, Gewindebolzen oder Ähnliches, ausgebildeten zweiten Koppeleinrichtung der korrespondierenden Steckervorrichtung ausgebildet. Durch eine Schraubverbindung lässt sich eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen der Buchsenvorrichtung und der Steckervorrichtung herstellen, und zudem lässt sich eine Schraubverbindung besonders einfach realisieren. Zudem hat diese Ausbildung den großen Vorteil, dass ein besonders hohes Maß an Sicherheit durch die Erfindung gerade im Zusammenhang mit typischen Schraubwerkzeugen, wie zum Beispiel Schraubenschlüssel, bereitgestellt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Buchsenvorrichtung mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Isolierteile umfassend das mindestens eine Isolierteil auf, wobei die Isolierteile jeweils am ersten und/oder zweiten Berührschutzteil in einer Höhe oberhalb der ersten Kontaktfläche bezüglich der axialen Verbindungsrichtung angeordnet sind. Dass die Isolierteile in einer Höhe oberhalb der ersten Kontaktfläche angeordnet sind, soll auch hier wiederum dabei so verstanden werden, dass zumindest der bezüglich der axialen Verbindungsrichtung höchste Punkt oder Bereich der jeweiligen Isolierteile oberhalb der gesamten ersten Kontaktfläche angeordnet ist. Durch das Vorsehen mehrerer solcher Isolierteile kann die Wahrscheinlichkeit eines Eindringens eines Werkzeugs in den beschriebenen Zwischenraum zwischen den beiden Berührschutzteilen weiter verringert werden. Bevorzugt sind dabei zumindest zwei Isolierteile, vorzugsweise aber auch mehr als zwei solierteile, zum Beispiel drei oder vier oder fünf oder sechs, usw.. Dabei sind die Abstände zwischen den mehreren Isolierteilen in Umfangsrichtung vorzugsweise gleich, da durch eine solch homogene Verteilung der jeweiligen Isolierteile in Umfangsrichtung ein isotroper Eindringschutz bereitgestellt wird. Dadurch kann mit besonders wenigen Isolierteilen ein Eindringen eines Werkzeugs besonders effizient verhindert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine Isolierteil eine Länge in radialer Richtung auf, die mindestens einen Großteil einer Breite des Aufnahmebereichs in radialer Richtung misst und maximal die Bereite des Aufnahmebereichs in radialer Richtung misst. Dadurch, dass die Länge des Isolierteils maximal die Breite des Aufnahmebereichs misst, ist gewährleistet, dass das Isolierteil in der Draufsicht entgegen der axialen Verbindungsrichtung nicht in Überdeckung mit der ersten Kontaktfläche angeordnet ist. Dadurch, dass andererseits das Isolierteil mindestens einen Großteil der Breite dieses Aufnahmebereichs misst, vorzugsweise noch länger ist, kann die Wahrscheinlichkeit für ein Eindringen eines Werkzeugs in diesen Zwischenraum noch effizienter verhindert werden, da eine effektive Querschnittsverringerung umso effektiver bereitgestellt werden kann, je länger sich die jeweiligen Isolierteile in radialer Richtung erstrecken.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das mindestens eine Isolierteil nicht vollständig in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet ist, sondern zur Bereitstellung eines möglichst sicheren Eindringschutzes mehrere solche in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Isolierteile vorgesehen sind, da dies zugleich eine besonders sichere Ausbildung der Steckervorrichtung ermöglicht. Denn in den Aufnahmebereich, in welchen nunmehr diese Isolierteile hineinragen, soll gerade der zweite Isoliermantel der Steckervorrichtung eingeführt werden. Dies wäre jedoch nicht mehr oder nur mit einer entsprechend dünnen Ausbildung einer Wandung dieses zweiten Isoliermantels möglich, wenn das mindestens eine Isolierteil als vollständig umlaufender Ring ausgebildet wäre. Dadurch, dass jedoch eines oder mehrere voneinander separierte Isolierteile in Umfangsrichtung vorgesehen sind, kann zum Beispiel der zweite Isoliermantel der Steckervorrichtung, welcher in diesen Aufnahmebereich der Buchsenvorrichtung eingeführt werden soll, einfach mit entsprechenden Nuten oder Schlitzen ausgeführt werden. Diese beeinträchtigen die Schutzfunktion dieses Mantels vorteilhafterweise nicht, da dann solche Schlitze beispielsweise so schmal ausgeführt werden können, dass weiterhin ein Finger-Berührschutz bereitgestellt ist. Dies lässt sich einfach dadurch bewerkstelligen, dass auch die Isolierteile mit einer entsprechend geringen Breite in Umfangsrichtung ausgebildet werden, die also vorzugsweise deutlich weniger misst als ein Durchmesser eines Normfingers.
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Vorzugsweise ist die Breite der jeweiligen Isolierteile in Umfangsrichtung auch kleiner als die Länge der jeweiligen Isolierteile in radialer Richtung. Die Höhe der jeweiligen Isolierteile, das heißt ihre Abmessungen in axialer Richtung, unterliegen prinzipiell keinerlei Einschränkungen. Diese lassen sich prinzipiell so hoch ausbilden, wie es der zur Verfügung stehende Bauraum in axialer Richtung zulässt. Durch möglichst große Abmessungen dieser Isolierteile in axialer Richtung lässt sich die Stabilität dieser Isolierteile steigern und dadurch deren Robustheit und entsprechend auch wiederum die durch diese Isolierteile bereitgestellte Eindringsicherheit. Entsprechend ist es bevorzugt, dass die Höhe der Isolierteile in axialer Richtung mindestens so groß ist wie deren Breite in Umfangsrichtung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Isoliermantel ein in einem dem mindestens einen Isolierteil gegenüberliegenden Außenmantelbereich angeordnetes erstes Rastelement zum Koppeln mit einem korrespondierenden zweiten Rastelement der Steckervorrichtung auf. Einerseits ist das Vorsehen solcher Rastelemente vorteilhaft, da hierdurch eine zusätzliche Fixierung der Buchsenvorrichtung an der Steckervorrichtung bereitgestellt werden kann, was zum Beispiel als „Vorjustierung“ dieser beiden Bauteile genutzt werden kann, um eine nachfolgende Montage durch Verschrauben dieser beiden Vorrichtungen aneinander zu erleichtern. Um ein solches Rastelement, insbesondere erstes Rastelement, bereitzustellen, kann dieses zum Beispiel als entsprechende Nase oder Feder oder im Allgemeinen als gegenüber der Außenmantelfläche hervorstehendes Teil an der Außenmantelfläche des ersten Isoliermantels angeordnet sein. Das korrespondierende zweite Rastelement der Steckervorrichtung kann dann zum Beispiel in Form einer Lasche mit einer entsprechenden Aussparung geformt sein, in welche dann die Feder beziehungsweise die Nase beim Zusammenstecken der Buchsenvorrichtung und der Steckervorrichtung einrasten kann. Wenn ein solches erstes Rastelement in radialer Richtung nach außen vom ersten Isoliermantel absteht, ist die korrespondierende Lasche, die das zweite Rastelement der Steckervorrichtung bereitstellt, ebenfalls zumindest bereichsweise in einem Abstand zum zweiten Isoliermantel der korrespondierenden Steckervorrichtung in radialer Richtung nach außen angeordnet, so dass der erste Isoliermantel mit dem ersten Rastelement zumindest ein Stück weit zwischen die Lasche und dem zweiten Isoliermantel der Steckervorrichtung eingeführt werden kann. Weiterhin kann dieser zweite Isoliermantel der Steckervorrichtung, wie oben beschrieben, entsprechende Schlitze aufweisen, die zu den entsprechenden Isolierteilen am ersten Isoliermantel der Buchsenvorrichtung korrespondieren, sodass auch weiterhin dieser zweite Isoliermantel der Steckervorrichtung in den Aufnahmebereich der Buchsenvorrichtung problemlos einführbar ist. Dadurch, dass nun das mindestens eine Isolierteil gerade in einem solchen Bereich angeordnet ist, welcher dem Außenmantelbereich, in welchem das erste Rastelement angeordnet ist, gegenüberliegt, wird es erreicht, dass auch der korrespondierende Schlitz im zweiten Isoliermantel der Steckervorrichtung in einem Bereich angeordnet ist, der zumindest zum Teil in radialer Richtung von der beschriebenen Lasche beziehungsweise im Allgemeinen von dem korrespondierenden zweiten Rastelement der Steckervorrichtung überdeckt ist. Hierdurch wird ein zusätzlicher Berührschutz bereitgestellt, da somit die korrespondierenden Schlitze im Isoliermantel der Steckervorrichtung umso schwerer zugänglich sind.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine korrespondierende Steckervorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer korrespondierenden Buchsenvorrichtung, insbesondere der erfindungsgemäßen Buchsenvorrichtung oder eine ihrer Ausgestaltungen. Dabei weist die Steckervorrichtung ein zweites Kontaktteil zum elektrischen Kontaktieren eines korrespondierenden ersten Kontaktteils der korrespondierenden Buchsenvorrichtung auf, sowie eine bezüglich des zweiten Kontaktteils zentral angeordnete und sich in einer axialen Verbindungsrichtung erstreckende zweite Koppeleinrichtung, zum Beispiel eine eingangs genannte Schraubeneinrichtung, zum mechanischen Verbinden mit einer korrespondierenden ersten Koppeleinrichtung, zum Beispiel einer Innengewindebuchse, der korrespondierenden Buchsenvorrichtung. Darüber hinaus weist die Steckervorrichtung einen elektrisch isolierenden dritten Berührschutzteil in Form eines zweiten Isoliermantels auf, welcher den zweiten Kontaktteil in der axialen Verbindungsrichtung überragt und den mindestens einen zweiten Kontaktteil zumindest zum Großteil in einer Umfangsrichtung umgibt, vorzugsweise auch vollständig bis auf die im zweiten Isoliermantel optional vorgesehenen Schlitze. Weiterhin weist die Steckervorrichtung einen elektrisch isolierenden vierten Berührschutzteil auf, welcher den zweiten Kontaktteil in der axialen Verbindungsrichtung ebenfalls überragt und in radialer Richtung innerhalb des zweiten Isoliermantels angeordnet ist, sodass die zweite Kontaktfläche zwischen dem dritten und vierten Berührschutzteil angeordnet ist. Des Weiteren ist der dritte und/oder vierte Berührschutzteil zur Einführung in einen korrespondierenden Aufnahmebereich der Buchsenvorrichtung ausgebildet und weist mindestens eine in axialer Verbindungsrichtung verlaufende und sich zumindest zum Teil in radialer Richtung erstreckende Aussparung auf, in welche beim Verbinden der Steckervorrichtung mit der korrespondierenden Buchsenvorrichtung ein zur Aussparung korrespondierendes Isolierteil der Buchsenvorrichtung einführbar ist.
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Hierbei soll angemerkt werden, dass die axiale Verbindungsrichtung im Zusammenhang mit der Steckervorrichtung nunmehr aus Sicht der Steckervorrichtung definiert wurde und im mit der korrespondierenden Buchsenvorrichtung gekoppelten Zustand der im Zusammenhang mit der Buchsenvorrichtung genannten und definierten axialen Verbindungsrichtung entgegengesetzt ist.
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Die korrespondierende Steckervorrichtung hat damit den großen Vorteil, dass der zweite Isoliermantel weiterhin ungehindert in die korrespondierende Aussparung der korrespondierenden Buchsenvorrichtung eingeführt werden kann, selbst wenn die Buchsenvorrichtung Isolierteile wie zur erfindungsgemäßen Buchsenvorrichtung und ihren Ausführungsformen beschrieben aufweist. Diese Isolierteile dringen beim Zusammenstecken der Steckervorrichtung mit der korrespondierenden Buchsenvorrichtung in die jeweils korrespondierend vorgesehenen Aussparungen im zweiten Isoliermantel ein. Diese Aussparungen müssen dabei den zweiten Isoliermantel der Steckervorrichtung nicht vollständig durchringen, sondern können je nach Länge der Isolierteile auch nur zum Teil in den Isoliermantel der Steckervorrichtung eindringen, das heißt also in Form einer Nut.
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Besonders vorteilhaft und daher bevorzugt ist es jedoch, dass die mindestens eine Aussparung als ein in axialer Verbindungsrichtung verlaufender Schlitz zum zweiten Isoliermantel ausgebildet ist. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Isolierteile mit einer Länge in radialer Richtung auszubilden, welche zur vollen Breite des Aufnahmebereichs in radialer Richtung korrespondiert, wodurch die Sicherheit und der Eindringschutz maximiert werden kann. Zudem sind solche Schlitze im zweiten Isoliermantel besonders einfach zu fertigen. Die Schlitze weisen weiterhin eine Breite in Umfangsrichtung auf, die mindestens so groß ist wie eine Breite der oben beschriebenen Isolierteile in Umfangsrichtung. Die für die erfindungsgemäße Buchsenvorrichtung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in korrespondierender Weise auch für die erfindungsgemäße Steckervorrichtung. Die mit Bezug auf die korrespondierende Steckervorrichtung im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Buchsenvorrichtung und ihren Ausgestaltungen beschriebenen Merkmale gelten in gleicher Weise auch für die erfindungsgemäße Steckervorrichtung.
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Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die zweite Koppeleinrichtung als Schraubeneinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist. Die Schraubeneinrichtung kann also beispielsweise einen Schraubenkopf aufweisen, der vorzugsweise mittels eines Werkzeugs, insbesondere Schraubenschlüssels, unter formschlüssigen Umschließen zumindest eines Teils des Schraubenkopfes durch einen Teil des Werkzeugs drehbar ist, wobei der Teil des Werkzeugs, mittels welchem der Teil des Schraubenkopfes formschlüssig umschließbar ist, einen Außendurchmesser aufweist, welcher größer ist als ein minimaler Innendurchmesser des zweiten Isoliermantels und kleiner ist als ein maximaler Außendurchmesser des Teils des zweiten Isoliermantels, der beim Verbinden der Steckervorrichtung mit der korrespondierenden Buchsenvorrichtung in den Aufnahmebereich der Buchsenvorrichtung eingeführt wird. Mit anderen Worten kann die Schraubeneinrichtung mit einem herkömmlichen Schraubwerkzeug, insbesondere Schraubenschlüssel, mit der korrespondierenden Buchsenvorrichtung verschraubt werden, welcher prinzipiell, das heißt ohne das Vorsehen der Isolierteile, am Berührschutz der korrespondierenden Buchsenvorrichtung, in den Zwischenraum zwischen den beiden Berührschutzteilen der Buchsenvorrichtung einführbar wäre. Wie beschrieben, wird es nunmehr vorteilhafterweise durch die Erfindung ermöglicht, herkömmliche Schraubwerkzeuge zum Verschrauben der Steckervorrichtung mit der Buchsenvorrichtung oder auch zum Lösen dieser beiden Vorrichtungen voneinander zu verwenden, ohne irgendwelche Sicherheitsrisiken durch Berühren eines Kontakts der Buchsenvorrichtung durch ein solches Werkzeug eingehen zu müssen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Steckervorrichtung weist die Steckervorrichtung mindestens eine Lasche aus einem isolierenden Material auf, welche ein zweites Rastelement zum Koppeln mit einem ersten Rastelement der korrespondierenden Buchsenvorrichtung aufweist, wobei die Lasche radial außerhalb des zweiten Isoliermantels und in einem Abstand zum zweiten Isoliermantel angeordnet ist, wobei die Lasche weiterhin bezogen auf die radiale Richtung in einem der mindestens einen im zweiten Isoliermantel angeordneten Aussparung gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist. Durch diese vorteilhafte Positionierung der Laschen, die als Rastelemente fungieren, in Bezug auf die beschriebene mindestens eine Aussparung im zweiten Isoliermantel wird ein zusätzlicher Berührschutz bereitgestellt, wie oben bereits beschrieben.
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Des Weiteren soll auch ein verbindendes System mit einer erfindungsgemä-ßen Buchsenvorrichtung oder einer ihrer Ausgestaltungen und eine erfindungsgemäße Steckervorrichtung oder eine ihrer Ausgestaltungen zur Erfindung gehörend angesehen werden. Ein solches Verbindersystem ist vorzugsweise als Modulverbinder zum elektrischen Kontaktieren zweier Batteriemodule ausgebildet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul zum elektrischen Kontaktieren des Batteriemoduls mit einem zweiten Batteriemodul eine erfindungsgemäße Buchsenvorrichtung oder eine ihrer Ausgestaltungen und/oder eine erfindungsgemäße Steckervorrichtung oder eine ihrer Ausgestaltungen aufweist. Vorzugsweise weist ein solches Batteriemodul sowohl eine Buchsenvorrichtung als auch eine Steckervorrichtung auf, wobei die Buchsenvorrichtung mit einem ersten Pol des Batteriemoduls gekoppelt ist und die Steckervorrichtung mit einem zweiten Pol des Batteriemoduls. Durch die so ausgestalteten Buchsenvorrichtungen und Steckervorrichtungen können dann vorteilhafterweise jeweilige Batteriemodule auf einfache Weise miteinander gekoppelt werden und dadurch zum Beispiel in Serie geschaltet werden. Das Ganze lässt sich nunmehr auf besonders sichere Weise bereitstellen.
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Zudem sollen auch eine Hochvoltbatterie mit einem solchen Batteriemodul sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hochvoltbatterie als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Buchsenvorrichtung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile sowie die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Steckervorrichtung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Batteriemodul, für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verbindersystems mit einer Buchsenvorrichtung, einer Steckervorrichtung und einem Schraubwerkzeug gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung der Buchsenvorrichtung aus 1 und dem Schraubwerkzeug, welches sich in Kontakt mit einem Kontaktteil der Buchsenvorrichtung befindet, gemäß dem Stand der Technik;
- 3 eine schematische Darstellung eines Verbindersystems, insbesondere eines Modulverbinders, mit einer Buchsenvorrichtung und einer Steckervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung der Buchsenvorrichtung aus 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung des Verbindersystems aus 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 6 eine schematische und perspektivische Querschnittsdarstellung der Buchsenvorrichtung aus 3 mit einem Schraubwerkzeug, welches durch Isolierteile der Buchsenvorrichtung am Berühren mit einem Kontaktteil der Buchsenvorrichtung gehindert wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Verbindersystems 10a und eines Schraubwerkzeugs 12 gemäß dem Stand der Technik. Das Verbindersystem 10a kann dabei als Modulverbinder zum Verbinden zweiter Batteriemodule einer Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Weiterhin umfasst das Verbindersystem 10a eine Buchsenvorrichtung 14a sowie eine mit dieser koppelbaren, insbesondere elektrisch kontaktierbaren Steckervorrichtung 16a. Diese Buchsenvorrichtung 14a ist in 2 schematisch noch einmal in einer perspektivischen Querschnittsdarstellung zusammen mit dem Schraubwerkzeug 12 dargestellt. Die Buchsenvorrichtung 14a weist dabei ein erstes Kontaktteil 18 auf, welches auch mehrteilig ausgeführt sein kann, wobei dann die einzelnen Teile des Kontaktteils 18,wie in diesem Beispiel zwei Teile 18, auch stoffschlüssig miteinander verbunden sein können. Das Kontaktteil 18 kann aber auch einstückig ausgebildet sein. Dieses Kontaktteil 18 ist dabei zum elektrischen Kontaktieren eines korrespondierenden zweiten Kontaktteils der korrespondierenden Steckervorrichtung 16a vorgesehen. Entsprechend ist das Kontaktteil 18 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Metall und/oder einer Legierung gebildet, und stellt eine Kontaktfläche 18a bereit. Weiterhin weist die Buchsenvorrichtung 14a eine zentral angeordnete und sich in einer axialen Verbindungsrichtung A erstreckende erste Koppeleinrichtung in Form einer Innengewindebuchse 20 auf. Diese Innengewindebuchse 20 ist ebenfalls elektrisch leitfähig ausgebildet, das heißt aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise ebenfalls einem Metall oder einer Legierung, und ist darüber hinaus am Kontaktteil 18 angeordnet, insbesondere mit diesem stoffschlüssig verbunden, und weiterhin in radialer Richtung R (vgl. 2) zentral bezüglich des Kontaktteils 18 angeordnet.
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Diese Innengewindebuchse 20 ist weiterhin dazu vorgesehen, um mit einer korrespondierenden Schraube 22 mit Außengewinde der Steckervorrichtung 16a gekoppelt zu werden, insbesondere mit dieser verschraubt zu werden. Von dieser Schraube 22 ist in 1 lediglich der Schraubenkopf 24 zu erkennen. Sind die Steckervorrichtung 16a und die Buchsenvorrichtung 14a letztendlich miteinander verschraubt, so befindet sich das zweite Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a entsprechend in direktem Kontakt mit dem Kontaktteil 18 der Buchsenvorrichtung 14a. Das zweite Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a ist zwar in 1 und 2 nicht zu sehen, kann aber wie das in 5 dargestellte zweite Kontaktteil 36 ausgebildet sein. Die jeweiligen Kontaktteile 18, 36 sind weiterhin mit entsprechenden Polen eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs gekoppelt. Entsprechend fließt über dieses Kontaktteile 18, 36 ein Strom im miteinander kontaktierten Zustand. Aber auch ohne die Kontaktierung dieser beiden Vorrichtungen 16a, 14a liegt an den jeweiligen Kontaktteilen 18 eine Spannung an, sodass aus Sicherheitsgründen für diese beiden Vorrichtungen 14a, 16a ein entsprechender Berührschutz vorgesehen werden muss. Mit anderen Worten sind sowohl die Buchsenvorrichtung 14a als auch die Steckervorrichtung 16a im nicht miteinander verbundenen Zustand berührgeschützt ausgeführt, sodass eine Berührung der jeweiligen Kontaktteile 18 mit einem Finger, insbesondere einem Normfinger, nicht möglich ist.
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Zu diesem Zweck umfasst die Buchsenvorrichtung 14a einen ersten elektrisch isolierenden Berührschutzteil 26, welcher ein äußeres Gehäuses aus einem nicht-leitenden Material, zum Beispiel einem Kunststoff, bereitstellt. Dieser erste Berührschutzteil 26 ist dabei in Form eines ersten Isoliermantels ausgebildet, welcher den ersten Kontaktteil 18 in der axialen Verbindungsrichtung A überragt und zudem den mindestens einen ersten Kontaktteil 18 zumindest zum Großteil, insbesondere vollständig, in einer Umfangsrichtung U umgibt. Diese Umfangsrichtung U ist in 2 schematisch durch den halbkreisförmigen um die axiale Richtung A verlaufenden Pfeil illustriert. Weiterhin umfasst die Buchsenvorrichtung 14a auch einen elektrisch isolierenden zweiten Berührschutzteil 28, welcher den ersten Kontaktteil 18 in der axialen Verbindungsrichtung A ebenfalls überragt und in radialer Richtung R innerhalb des ersten Isoliermantels 26 angeordnet ist, so dass eine erste Kontaktfläche 18a zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil 26, 28angeordnet ist. Dieser zweite Berührschutzteil 28 ist in diesem Beispiel als innerer Ring aus einem nicht-leitenden Material ausgebildet, welcher in axialer Richtung A direkt auf der Innengewindebuchse 20 aufsitzt und sich somit direkt an diese Innengewindebuchse 20 in der axialen Verbindungsrichtung A anschließt. Die Kontaktfläche 18a stellt diejenige Fläche des Kontaktteils 18 dar, welches das korrespondierende Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a im gekoppelten Zustand berührt. Durch eine solche Ausbildung der Buchsenvorrichtung 14a mit den beiden beschriebenen Berührschutzteilen 26, 28 kann sichergestellt werden, dass ein menschlicher Finger die Kontaktfläche 18a und auch übrige elektrisch leitfähige Teile des Kontaktteils 18 und der Schraubeneinrichtung 22 nicht berühren kann.
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Auch die korrespondierende Steckervorrichtung 16a ist mit korrespondierenden Berührschutzelementen ausgebildet. Insbesondere weist auch diese Steckervorrichtung 16a einen äußeren zweiten Isoliermantel 30 auf (vgl. 1), welcher ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist und welcher den hier nicht sichtbaren zweiten Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a entgegen der hier dargestellten axialen Verbindungsrichtung A überragt und diesen zweiten Kontaktteil in Umfangsrichtung U vorzugsweise vollständig oder zumindest zum Großteil umgibt. Auch auf der Schraubeneinrichtung 22 der Steckervorrichtung 16a kann weiterhin entgegen der axialen Verbindungsrichtung A ein weiterer Berührschutzteil, zum Beispiel als innerer Berührschutz-Stift, direkt auf dem dem Schraubenkopf 24 gegenüberliegenden Ende der Schraubeneinrichtung 22 aufsitzen. Dadurch weist auch die Steckervorrichtung 16a gewissermaßen ein äußeres Berührschutzteil, insbesondere ein drittes Berührschutzteil 30, sowie ein inneres Berührschutzteil, insbesondere ein viertes Berührschutzteil, auf. Da diese Berührschutzteile ebenfalls entgegen der hier dargestellten axialen Verbindungsrichtung A das zweite Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a überragen, kann auch für die Steckervorrichtung 16a sichergestellt werden, dass dieses zweite Kontaktteil der Steckervorrichtung 16a nicht durch einen Finger berührbar ist.
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Um die Buchsenvorrichtung 14a mit der Steckervorrichtung 16a geeignet zusammenstecken zu können, ist weiterhin durch einen Freibereich, welcher zumindest den zweiten Berührschutzteil 28 und die Innengewindebuchse 20 in der Umfangsrichtung U zumindest zum Großteil, insbesondere vollständig, umgibt, ein Aufnahmebereich 32 (vgl. 2) zur Aufnahme des korrespondierenden zweiten Isoliermantels 30 der Steckervorrichtung 16a gebildet. In diesem Beispiel ist dieser Aufnahmebereich 32 zwischen der Kontaktfläche 18a und dem äußeren Isoliermantel 26 in radialer Richtung R betrachtet angeordnet.
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Um die Buchsenvorrichtung 14a und die Steckervorrichtung 16a miteinander zu verbinden, insbesondere miteinander zu verschrauben, kann ein handelsübliches Schraubwerkzeug 12, zum Beispiel in Form eines Schraubenschlüssels, von welchem hier exemplarisch lediglich eine Stecknuss dargestellt ist, verwendet werden. Bei der initialen Batteriemontage, bei welcher die Buchsenvorrichtung 14a mit der Steckervorrichtung 16a verbunden und verschraubt wird, erfolgen die einzelnen Prozessschritte üblicherweise automatisiert, sodass es hierbei ohnehin nicht zu einer Gefährdung von Personen, insbesondere Montagepersonal, kommen kann. Allerdings kann es vorkommen, dass eine Batterie eines Kraftfahrzeugs gewartet oder repariert werden muss, oder aus sonstigen Servicegründen wiederum zumindest teilweise demontiert und wieder montiert werden muss. Diese Montageschritte werden dann üblicherweise von entsprechend ausgebildetem Personal durchgeführt, die zu diesem Zweck beispielsweise die Steckervorrichtung 16a wieder von der Buchsenvorrichtung 14a entkoppeln und anschließend wieder miteinander verschrauben müssen. Aufgrund der typischen Geometrie eines solchen Schraubwerkzeugs 12 und dessen Abmessungen relativ zu den Abmessungen der Buchsenvorrichtung 14a ist es dabei möglich, dass ein solches Schraubwerkzeug 12 versehentlich in Kontakt mit dem Kontaktteil 18 der Buchsenvorrichtung 14a gerät, wie dies in 2 schematisch veranschaulicht ist. Da solche Schraubwerkzeuge 12 typischerweise ebenfalls aus metallischem Material sind, ist es durch einen solchen elektrischen Kontakt zwischen dem Schraubwerkzeug 12 und dem Kontaktteil 18 möglich, einen Kurzschluss zu erzeugen, der zu einer Beschädigung des Batteriemoduls und im schlimmsten Fall auch zu einer Gefährdung des Montagepersonals führen kann. Dies kann nun vorteilhafterweise durch die Erfindung beziehungsweise ihre Ausführungsformen verhindert werden, wie dies nun nachfolgend näher beschrieben ist.
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3 zeigt dabei eine schematische und perspektivische Darstellung eines Verbindersystems 10b, welches als Modulverbinder ausgeführt sein kann, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und eines Schraubwerkzeugs 12. Das Verbindersystem 10b umfasst wiederum eine Buchsenvorrichtung 14b und eine Steckervorrichtung 16b, die korrespondierend zueinander ausgebildet sind, sodass diese miteinander elektrisch kontaktiert werden können. Insbesondere können sowohl die Buchsenvorrichtung 14b als auch die Steckervorrichtung 16b wie zu 1 und 2 beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend näher beschriebenen Unterschiede und Details.
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Die Buchsenvorrichtung 14b weist nun vorteilhafterweise mindestens ein Isolierteil 34, insbesondere in diesem Beispiel vier Isolierteile 34 auf, welche sich in radialer Richtung R, die wie in 2 illustriert, definiert ist, erstreckt und derart angeordnet ist, dass sich diese Isolierteile 34 in einer Draufsicht auf die Buchsenvorrichtung 14b entgegen der axialen Verbindungsrichtung A, die ebenfalls wie in 2 illustriert definiert ist, zumindest zum Teil in Überdeckung mit einem Teil des ersten Aufnahmebereichs 32 aber nicht in Überdeckung mit der ersten Kontaktfläche 18a befindet. Diese vier Isolierteile 34 sind in diesem Beispiel weiterhin am ersten Isoliermantel 26 angeordnet, und erstrecken sich radial nach innen in Richtung des zweiten Berührschutzteils 28, wie dies vor allem in 4 deutlich zu erkennen ist, welche noch einmal eine schematische Darstellung der Buchsenvorrichtung 14b von schräg oben zeigt. Diese Isolierteile 34 sind in diesem Beispiel in Form von Stegen ausgebildet, die insbesondere in Umfangsrichtung U voneinander beabstandet und entlang des ersten Isoliermantels 26 innenseitig angeordnet sind. Vorzugsweise erstrecken sich diese Isolierteile 34 möglichst weit in radialer Richtung R nach innen, sodass deren Länge in radialer Richtung vorzugsweise nahezu der gesamten Breite des Aufnahmebereichs 32 in radialer Richtung R entspricht. Durch diese Isolierteile 34 kann nun vorteilhafterweise eine effektive Querschnittsverringerung der Querschnittsfläche zwischen dem ersten und zweiten Berührschutzteil 26, 28 bewirkt werden, wodurch ein Eindringen eines Schraubwerkzeugs 12 deutlich erschwert beziehungsweise sogar verhindert wird, wie dies beispielsweise in 6 illustriert ist.
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Zunächst zeigt jedoch 5 eine schematische Querschnittsdarstellung dieses Verbindersystems 10b, wie dieses in 3 dargestellt ist. In dieser in 5 gezeigten Querschnittsdarstellung sind nunmehr auch die einzelnen Komponenten der korrespondierenden Steckervorrichtung 16b deutlich zu erkennen. Hier sind nunmehr auch das zweite Kontaktteil 36 mit der korrespondierenden zweiten Kontaktfläche 36a der Steckervorrichtung 16b zu erkennen, welche im mit der Buchsenvorrichtung 14b verbundenen Zustand der Steckervorrichtung 16b mit dem korrespondierenden Kontaktteil 18 und dessen erster Kontaktfläche 18a kontaktiert sind. Auch sind hier nun neben dem Schraubenkopf 24, welcher insbesondere von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 38 umgeben ist, auch der Schraubenhals 40 der Schraubeneinrichtung 22 der Steckervorrichtung 16b zu erkennen. Weiterhin ist hier auch das zentrale Berührschutzteil 41 der Steckervorrichtung 16b zu erkennen, welches sich direkt an das dem Schraubenkopf 24 gegenüberliegende Ende der Schraubeneinrichtung 22 anschließt. Die Schraubeneinrichtung 22 kann dabei zudem drehbar gegenüber den übrigen Teilen des zweiten Kontaktteils 36 der Steckervorrichtung 16b ausgestaltet sein, um ein Verschrauben mit der korrespondierenden Innengewindebuchse 20 der Buchsenvorrichtung 14b zu ermöglichen.
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Wie in 6 deutlich zu erkennen ist, erstrecken sich die Isolierteile 34, die sich direkt an den äußeren Isoliermantel 26 der Buchsenvorrichtung 14b anschließen, insbesondere auch einstückig mit diesem ausgebildet sein können, in radialer Richtung R nach Innen bis maximal zur Kontaktfläche 18a des ersten Kontaktteils 18 der Buchsenvorrichtung 14b. Um trotz dieser Isolierteile 34, die nunmehr in zumindest einen Teil des Aufnahmebereichs 32 zur Aufnahme des korrespondierenden zweiten Isoliermantels 30 der Steckervorrichtung 16b hineinragen, ein Zusammenstecken mit dieser Steckervorrichtung 16b zu ermöglichen, weist dieser zweite Isoliermantel 30 der Steckervorrichtung 16b korrespondierende Schlitze 42 (vgl. 3) auf, die sich im zweiten Isoliermantel 30 befinden und sich in axialer Verbindungsrichtung A erstrecken.
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Weiterhin können die Buchsenvorrichtung 14b sowie auch die korrespondierende Steckervorrichtung 16b entsprechende Rastelemente aufweisen, die ineinander einrasten können und so eine Vorjustierung der Buchsenvorrichtung 14b relativ zur Steckervorrichtung 16b ermöglichen, insbesondere bevor ein Verschrauben dieser beiden Vorrichtungen 14b, 16b erfolgt. Diese Rastelemente können seitens der Buchsenvorrichtung 14a als entsprechende radial nach außen gerichtete Nasen 44 beziehungsweise Vorsprünge ausgebildet sein (vgl. 3), die am ersten Isoliermantel 26 angeordnet sind. Die Rastelemente seitens der Steckervorrichtung 16b können als entsprechende Laschen 46 ausgebildet sein (vgl. 3), die entsprechende Aussparungen aufweisen, in welche die Nasen 44 einrasten können. Diese Laschen 46 können in radialer Richtung R außerhalb des zweiten Isoliermantels 30 angeordnet sein, insbesondere in einem Abstand zu diesem Isoliermantel 30. Dabei können der Isoliermantel 30 und eine solche Lasche 46 über in radialer Richtung verlaufendes und hier nicht näher bezeichnetes nicht leitendes Verbindungsteil verbunden sein, und der Isoliermantel 30, das Verbindungsteil und eine solche Lasche 46 können auch einstückig ausgebildet sein, zum Beispiel als ein einzelnes Spritzgussteil. In 5 ist eine Lasche 46 auf der rechten Seite lediglich exemplarisch veranschaulicht, ohne jedoch die zugehörige Nase 44 der Buchsenvorrichtung 14b. Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn zum Beispiel diese Rastelemente, das heißt also beispielsweise diese Nasen 44 der Buchsenvorrichtung 14b am ersten Isoliermantel 26 außenseitig in einem Bereich angeordnet sind, die den jeweiligen Isolierteilen 34 gegenüberliegen. Dadurch lässt es sich bewerkstelligen, dass auch die Laschen 46 des zweiten Isoliermantels 30 den im Isoliermantel 30 ausgebildeten Schlitzen 42 in radialer Richtung R direkt gegenüberliegend angeordnet sind, wie dies zum Beispiel in 3 zu erkennen ist. Dadurch wird durch diese Laschen 46 ein zusätzlicher Berührschutz bereitgestellt, da diese die jeweiligen Schlitze 42 in radialer Richtung R zumindest zum Teil überdecken.
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6 zeigt noch einmal eine schematische und perspektivische Querschnittsdarstellung der Buchsenvorrichtung 14b gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein. Wie zu erkennen ist, wird durch die beschriebenen Isolierteile 34, welche am Isoliermantel 26 radial nach innen weisend angeordnet sind, vorteilhafterweise ein Eindringen eines Schraubwerkzeugs 12 in den Zwischenraum zwischen den beiden Berührschutzteilen 26, 28 der Buchsenvorrichtung 14b verhindert werden. Entsprechend kann verhindert werden, dass ein solches Schraubwerkzeug 12 irgendwelche elektrisch leitfähigen Teile der Buchsenvorrichtung 14b, insbesondere die Kontaktteile 18, berührt. Im Allgemeinen können die beschriebenen Isolierteile 34 prinzipiell jede beliebige geometrische Form aufweisen, solange diese zumindest teilweise in einer Draufsicht auf die Buchsenvorrichtung 14b entgegen der axialen Verbindungsrichtung A einen Teil des Aufnahmebereichs 32 überdecken. Auch kann die verwendete Anzahl dieser Isolierteile 34 variieren und je nach Anforderung oder Situation angepasst gewählt sein. Durch das Einbringen von Stegen 34 beziehungsweise im Allgemeinen geometrischen Merkmalen aus elektrisch isolierendem Material kann somit vorteilhafterweise verhindert werden, dass mit dem Werkzeug 12 ein elektrischer Kontakt zu irgendeinem elektrisch leitfähigen Berührschutzteil der Buchsenvorrichtung 14b herstellbar ist und somit kann kein Kurzschluss mehr erzeugt werden, insbesondere auch nicht in einem Service- oder Reparaturfall.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Werkzeugschutz und zugleich eine berührgeschützte Verbindungsmöglichkeit einer Buchsenvorrichtung mit einer Steckervorrichtung eines Modulverbinders bereitgestellt werden kann, was auf besonders einfache, kostengünstige und kompakte Weise durch das Vorsehen von elektrisch isolierenden Stegen und/oder geometrischen Merkmalen ermöglicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017210425 A1 [0003]
- DE 102016206378 A1 [0003]
- DE 102014203128 A1 [0004]
