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Der Gegenstand betrifft einen Kabelverbinder für Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelverbinders.
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Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung der Automobilität werden immer höhere Ströme in Fahrzeugen übertragen. Dies geschieht in der Regel über elektrische Kabel. Um Verbindungen zwischen einer Komponente wie einer Leistungselektronik, einer Batterie, einem Motor, etc. und Kabeln sowie Verbindungen zwischen einem ersten Kabel und einem zweiten Kabel zu ermöglichen, kommen des Weiteren Kabelverbinder zum Einsatz.
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Weit verbreitet sind sogenannte Steckverbinder. Bekannte Steckverbinder im Automobilbereich basieren zumeist auf Federkontakten. Bei solchen federnden Steckverbindern werden ein erster und ein zweiter üblicherweise aus Metall gefertigter, stromführender Grundkörper mit einer dazwischen angeordneten Feder miteinander verbunden/verklemmt. Die Rückstellkraft der Feder ermöglicht den dauerhaften mechanischen und elektrischen Kontakt des Federelements zu den beiden Grundkörpern. Diese oft sehr dünnen Federn sind so ausgelegt, dass sie zumindest auf einer an einem Grundkörper anliegenden Kontaktfläche viele punktförmige Vorsprünge aufweisen, an denen die mechanische und elektrische Verbindung zustande kommt. An den Kontaktpunkten fließt der elektrische Strom zwischen Feder und Grundkörper. Aufgrund der limitierten Fläche einer so reliefierten Fläche steigt der Übergangswiderstand und es kommt zu joulescher Erwärmung des Übergangs. Eine Steigerung der Stromtragfähigkeit, bzw. Senkung der Übergangswiderstände und damit auch der Verlustleistung wird bei einer solchen Ausgestaltung beinahe ausschließlich über eine Erhöhung der Anzahl an Kontaktpunkten bewerkstelligt. Auch stellt die Auswahl des Federmaterials bei Wärmelelfähigkeit ihrer elektrischen Leitermarerialien wie Kupfer und Aluminium. So sind Kabel heute oft essenzieller Bestandteil des Wärmemanagements im Fahrzeug. Eine Kupplung zwischen zwei Kabeln oder zwischen Kabeln und elektrischen Komponenten sowie auch zwischen elektrischen Komponenten untereinander, z.B. von Batteriezellenverbindern oder von Batteriemodulverbindern untereinander oder mit einer Batteriezelle, eine sogenannte fliegende Kupplung, hat deswegen neben der Weiterleitung von Strom auch die Aufgabe einer Weiterleitung von Wärme. Hierzu sind Steckverbinder allerdings schlecht geeignet, denn oft erzeugen derartige Übergänge im Kabelstrang im Gegenteil zusätzliche unerwünschte Wärme durch joulsche Verluste. Zudem ist die Wärmeübertragung durch die häufig dünnen Federkomponenten behindert, Schlimmer noch kann die geringe Wärmekapazität der bauartbedingt dünnen Federn zu einer raschen Aufheizung führen, welche im schlimmsten Fall Kabelbrände verursachen kann.
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Zur Wärmeübertragung weitaus besser geeignet sind Schraubverbinder. Dabei werden vergleichsweise große Flächen zweier Grundkörper mit einer durch ein Gewinde erzeugten Kraft aufeinander gedrückt. Die großflächige Kontaktierung verringert den ohmschen Widerstand und erhöht die thermische Leitfähigkeit. Ebenfalls verfügen Schraubverbinder im Vergleich zu Steckverbindern üblicherweise über eine große thermische Masse. Sie heizen sich deshalb bei hohen Momentanströmen langsamer auf als dünne Federn. Auf diese Art sorgen sie mit einem trägen thermischen Verhalten der Verbindung für ein geringes Risiko einer Überhitzung. Eine solch große thermische Masse und hohe thermische Leitfähigkeit ist besonders im Leistungsstrang von elektrobetriebenen Fahrzeugen notwendig, wo beim Bremsen (über Rekuperation), Beschleunigen oder beim Hochstrom-Laden hohe Stromstärken auftreten können.
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Nachteilig an einer Schraubverbindung ist jedoch wiederrum, dass ein Verschrauben im Vergleich zum Stecken einen aufwändigeren Montageschritt bedeutet, der länger dauert und fehleranfälliger ist. Dies ist insbesondere problematisch angesichts der zunehmend automatisierten Fertigung im Bereich der Elektromobilität. Der erhöhte Zeitaufwand der Montage von Schraubverbindungen macht diese für die automatisierte Herstellung unattraktiv. Beispielsweise bei der Fertigung von Hochstrom-Batterien, bei der eine Vielzahl von Batteriezellen und Batteriemodulen miteinander Kontaktiert werden müssen, bedeutet die Vielzahl an Verschraubungen einen erheblichen Montageaufwand. Darüber hinaus kann es bei Schraubverbindern zu Problemen durch defekte Gewinde o.ä. kommen, weshalb beim einigen Schraubverbindern bereits Kontaktteile mit zwei nebeneinander liegenden Schraubelementen eingesetzt werden, um die Fehleranfälligkeit/Fehlerraten zu senken. Dies führt zu weiterem Montageaufwand.
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Dem Gegenstand lag somit die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer Schraubverbindung mit denen einer Steckverbindung zu kombinieren. Dazu sollen große Flächen mit hohen Normalkräften aufeinander gepresst werden, um eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit zu erzeugen. Des Weiteren soll der Verbinder über eine große Wärmekapazität verfügen, um viel Wärmeenergie aufnehmen zu können und sich nicht schnell zu erhitzen. Ein weiteres Augenmerk liegt auch auf der Montage, welche schnell, reproduzierbar sowie möglichst gut automatisierbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verbinder nach Anspruch 1, ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 22.
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Der gegenständliche Verbinder umfasst ein erstes Metallteil und ein zweites Metallteil. Die Metallteile können insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/ oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Beispielsweise können hochfeste Aluminiumlegierungen wie EN AW 6082 Einsatz finden. Auch andere Materialien wie andere Metalle oder Legierungen davon, etwa Stahl, Silber, Gold, Blei, etc. können verwendet werden oder aber auch andere Leiter wie Polymere, Halbleiter, oder ähnliches. Es können auch Kombinationen von Nicht-Leitern und Leitern eingesetzt werden, bei denen Leiter zumindest an später noch beschriebenen Kontaktflächen angeordnet sind und die Nicht-Leiter rein mechanische Funktionen übernehmen. Auch können Kombinationen von verschiedenen, besser und schlechter leitenden, Materialien, etwa verschiedenen Metallen, beispielsweise Kupfer und Stahl, kombiniert werden. So kann eine gute Leitfähigkeit einerseits und eine hohe mechanische Stabilität andererseits bei verringerten Kosten im Vergleich zu einer sortenreinen Ausfertigung erreicht werden.
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Die beiden Metallteile können aus demselben Material gefertigt sein, insbesondere aus dem gleichen Metallwerkstoff. Dies hat den Vorteil, dass Kontaktkorrosion durch verschiedene Redoxpotentiale verschiedener Metalle ausgeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil ist der, dass keine unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Somit dehnen sich die beiden Metallteile bei Erwärmung gleich stark aus und thermische Spannungen werden vermieden.
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Auch ist es möglich, dass beide Metallteile aus verschiedenen Materialien und/ oder Materialienkombinationen gefertigt sind, insbesondere aus zwei verschiedenen Metallwerkstoffen. Beispielsweise kann ein erstes Metallteil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und ein zweites Metallteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Somit können Aluminiumkabel, beispielsweise massive Flachleiter und Kupferleiter, beispielsweise flexible Litzenleiter, jeweils sortenrein mit einem Metallteil des Kabelverbinders verbunden werden. Auf diese Weise wird Kontaktkorrosion zwischen Kabel und Verbinder reduziert oder unterbunden.
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Zumindest eines der Metallteile kann aus Vollmaterial gefertigt sind. Dies ist vorteilhaft für die Wärmekapazität des Bauteils. Auch ist es möglich, dass zumindest eines der Metallteile Segmente von Flachteilen umfasst. Auf diese Art und Weise kann zum einen eine hohe Stabilität bei geringem Gewicht und geringem Materialeinsatz erreicht werden. Zum anderen kann die erhöhte Oberfläche eine Abstrahlung von Wärme begünstigen und damit eine höhere maximale Verlustleitung des Kabelverbinders ermöglichen. In jedem Fall kann die Größe der Metallteile an die Leitungsdicke und/ oder Stromstärke und damit an zu erwartendes Wärmeaufkommen und Verlustleistung angepasst werden. Eine höhere Größe führt zu einer höheren Oberfläche, über die Wärme abgestrahlt und per Konvektion abtransportiert werden kann. Zudem führt ein höheres Volumen zu einer höheren Wärmekapazität.
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An einem oder beiden Metallteilen können Anschlussterminals für Leiter vorgesehen sein. Diese können runde, flache oder anderweitig geformte Anschlusslaschen sein. Die Anschlusslaschen können zum Auflöten oder Aufschweißen, z.B. Reibschweißen, Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen, Laserschweißen etc., von Kabeln gebildet sein. Die Anschlusslaschen können aufgeraut, beschichtet, oder anderweitig oberflächenbehandelt sein. Auch können in den Anschlusslaschen ein oder mehrere Löcher vorgesehen sein. Die Anschlussterminal können auch als Hülsen und/ oder Kabelschuhe geformt sein. Sie können zur Kontaktierung und/ oder Aufnahme von Flachleitern, Rundleitern, massiven Leitern und/ oder Litzen geeignet sein. Die Anschlussterminals sind bevorzugt aus demselben Material wie das Metallteil, an dem sie angebracht sind. Auch können sie aus einem anderen Material gefertigt sein.
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Um im Folgenden die Beziehungen von Flächen zueinander zu definieren, werden Flächennormalen genutzt. Eine Fläche ist zunächst ein zusammenhängender Bereich auf einem dreidimensionalen Körper, die in mehrere Segmente eingeteilt werden kann. Eine Fläche muss nicht flach sein, sondern kann aus Segmenten verschiedener räumlicher Ausrichtung zusammengesetzt sein. Die Ausrichtung eines Flächensegments ist durch seine Flächennormale charakterisiert. Eine Flächennormale ist ein Vektor, der genau senkrecht auf dem zugehörigen Flächensegment steht. Im Folgenden sind Flächennormalen eines Flächensegments eines Körpers vom Körper weggerichtet, sodass der Vektor außerhalb des Körpers liegt. Die Länge des Flächennormalen-Vektors ist unerheblich und wird als normiert auf einen Wert, beispielsweise den Wert 1 einer bestimmten gewählten Längeneinheit, festgelegt. Zwei Vektoren werden im Folgenden als einander entgegengerichtet beschrieben, wenn ihr Skalarprodukt kleiner als Null ist. Es ist möglich aber nicht notwendig, dass die beiden Vektoren genau antiparallel zueinander sind. Wenn die beiden Vektoren senkrecht zueinander stehen, ist ihr Skalarprodukt genau Null.
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Die beiden Metallteile liegen bereichsweise aneinander an. Es ist ein Verriegelungselement vorgesehen, das die beiden Metallteile auseinander bewegt. Durch das Verriegelungselement wird jedes Metallteil in eine jeweilige Verriegelungsrichtung bewegt. Die jeweilige Verriegelungsrichtung kann durch einen Vektor repräsentiert werden. Die Verriegelungsrichtungen beider Metallteile sind einander entgegengesetzt (siehe oben, Skalarprodukt kleiner Null) und können insbesondere zueinander im Wesentlichen antiparallel sein.
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Das Verriegelungselement kann als je eine Verriegelungsfläche auf jeweils einem der beiden Metallteile gebildet sein, welche einander entgegengerichtet sind und die voneinander durch einen Spalt beabstandet sind. Durch Einbringen eines dritten Elements, eines Verriegelungsteils, zwischen die beiden Verriegelungsflächen können die beiden Metallteile auseinander bewegt werden. Das Verriegelungsteil kann hierbei als Quader, Zylinder, oder anderweitig geformt sein, insbesondere kann das Verriegelungsteil entlang einer Raumachse verjüngt sein. Das Verriegelungsteil kann so als ein Keil geformt sein. Das Verriegelungsteil wird vorzugsweise in einer gegenüber den Verriegelungsrichtungen beider Metallteile verschieden ausgerichteten Einschubrichtung in den Spalt eingeführt. Die Einschubrichtung kann im Wesentlichen senkrecht zur Verriegelungsrichtung zumindest eines der beiden Metallteile ausgerichtet sein. Zum besseren Halt des Verriegelungsteils kann dieses aufgeraut sein, beispielsweise durch Noppen, Rillen, einer Riffelung, einer rauen Beschichtung etc. Auch kann zumindest eine der Verriegelungsflächen entsprechend geformt sein. Es ist auch möglich, dass das Verriegelungselement und/oder zumindest eine der Verriegelungsflächen beschichtet ist, beispielsweise mit Nicht-Leitern wie Silikon, Gummi, Kunststoff, welche sich insbesondere elastisch verformen können und so mechanische Spannungen aufnehmen können. Auch kann das Verriegelungselement und/oder zumindest eine der Verriegelungsflächen mit einer leitenden Beschichtung wie Nickel, Zinn, etc. beschichtet sein, welche weicher sein kann als das sonstige Material des Verriegelungsteils.
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Das Verriegelungsteil kann zumindest teilweise aus einem ähnlichen oder dem gleichen Material wie eines oder beide der Metallteile gefertigt sein. Durch diese Materialwahl werden verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten vermieden und eine Kontaktkorrosion unterbunden. Auch ist es möglich, dass das Verriegelungsteil aus einem anderen Material als zumindest eines der Metallteile geformt ist, das entweder leitend oder nicht-leitend sein kann. Das Verriegelungsteil kann aus einem Vollmaterial geformt sein. Hierbei kann es aus einem wenig kompressiblen Material wie massivem Kupfer oder Aluminium gefertigt sein. Auch ist es möglich, dass das Verriegelungsteil aus einem elastischen Material wie Kunststoff, Gummi, Silikon etc. geformt ist oder aus Materialkombinationen wie gummiertem Glas oder Keramik. Ein Verriegelungsteil aus einem Vollmaterial kann hierbei zumindest abschnittsweise genau in den Spalt zwischen den beiden Verriegelungsflächen passen, dessen Breite durch die sonstige Ausgestaltung des Verbinders wie unten beschrieben vorgegeben ist.
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Auch ist es möglich, dass das Verriegelungsteil nicht aus einem Vollmaterial geformt ist, sondern eine elastische Struktur mit federnder Charakteristik aufweist. Beispielsweise kann es Metallbügel umfassen. Die elastischen Elemente, beispielsweise Bügel, können mechanische Spannungen als Verformung aufnehmen und sich flexibel in den Spalt zwischen den Verriegelungsflächen einfügen. Zwischen den elastischen Elementen muss kein weiteres Material angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Verriegelungsteil neben den elastischen Elementen auch weitere Komponenten umfasst wie etwa eine stützende, elektrisch leitende oder nicht-leitende Füllung, die fest oder elastisch sein kann, etc.
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Das Verriegelungsteil kann als separates Element, vollständig trennbar von den beiden Metallteilen, gebildet sein. Es kann auch an einem der beiden Metallteile geführt befestigt sein. So kann beispielsweise eine Schiene das Verriegelungsteil in im Wesentlichen einer Richtung verschiebbar lagern. Auch ist es möglich, das Verriegelungsteil drehbar an einem der Metallteile anzuordnen und dieses zum Verriegeln einzudrehen. Da der Kontakt bei einem eingedrehten Verriegelungsteil verhältnismäßig zu einem eingeschobenen Verriegelungsteil gering ausfallen kann, ist es hier besonders ratsam, eine Aufrauhung der Oberfläche vorzunehmen, beispielsweise durch Rillen. Der Vorteil eines geführten Verriegelungsteils ist zum einen, dass dieses nicht verloren gehen kann, falls die Verbindung wieder geöffnet wird. Außerdem kann es in der Montage vorteilhaft sein, wenn keine separaten Verriegelungsteile auf Vorrat gehalten werden müssen.
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Die Metallteile liegen bereichsweise aneinander an. Hierfür sind zunächst Kontaktflächen vorgesehen. Ein jedes der beiden Metallteile weist eine vordere Kontaktfläche auf, die in der Verriegelungsrichtung des Metalls hinter dem Verriegelungselement liegt. Ein jedes der beiden Metallteile weist zudem eine zweite, hintere Kontaktfläche auf, die in Verriegelungsrichtung vor dem Verriegelungselement liegt. Das Verriegelungselement oder die Komponenten des Verriegelungselements, die an dem jeweiligen Metallteil angeordnet sind, liegt also zwischen den beiden Kontaktflächen, der hinteren und der vorderen, des Metallteils. Die hintere Kontaktfläche ist gegen die jeweilige Verriegelungsrichtung des Metallteils von dem Verriegelungselement beabstandet, die vordere Kontaktfläche ist mit der jeweiligen Verriegelungsrichtung des Metallteils von dem Verriegelungselement beabstandet. Mit Verriegelungselement ist in diesem Fall der Teil des Verriegelungselementes gemeint, der Teil des jeweiligen Metallteils ist. Beispielsweise kann dies die oben beschriebene Verriegelungsfläche an dem jeweiligen Metallteil sein.
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Jedes der beiden Metallteile weist neben den beiden Kontaktflächen, der vorderen und der hinteren, auch zwei weitere Flächen, die Stoßflächen, auf. Eine erste, vordere Stoßfläche ist in Verriegelungsrichtung des jeweiligen Metallteils von dem Verriegelungselement beabstandet. Eine zweite, hintere Stoßfläche, ist gegen die Verriegelungsrichtung des jeweiligen Metallteils von dem Verriegelungselement beabstandet. Die vordere Stoßfläche jedes Metallteils ist somit entlang der Verriegelungsrichtung auf der gleichen Seite des Verriegelungselements wie die vordere Kontaktfläche. Die hintere Kontaktfläche und die hintere Stoßfläche desselben Metallteils sind auf der jeweils anderen Seite des Verriegelungselements angeordnet. Die vordere Stoßfläche kann dabei bereichsweise in Verriegelungsrichtung weiter vom Verriegelungselement entfernt liegen als die vordere Kontaktfläche. Auch kann die vordere Stoßfläche zumindest bereichsweise näher an dem Verriegelungselement liegen als die vordere Kontaktfläche. Gleiches gilt für die hinteren Kontakt und Stoßflächen.
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Die vordere (hintere) Kontaktfläche und die vordere (hintere) Stoßfläche zumindest eines Metallteils können direkt ineinander übergehen, sodass eine unterbrechungsfreie Linie von der Stoßfläche ausgehend in die Kontaktfläche hinein gezeichnet werden kann. Auch können die vorderen (hinteren) Kontakt- und Stoßflächen getrennt voneinander sein.
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Die beiden Metallteile können im Wesentlichen identisch zueinander geformt sein.
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Es lässt sich nun ein gefügter Zustand der beiden Metallteile definieren. Hierbei liegt die vordere Kontaktfläche des ersten Metallteils zumindest bereichsweise an der hinteren Kontaktfläche des zweiten Metallteils an und die hintere Kontaktfläche des ersten Metallteils zumindest bereichsweise an der vorderen Kontaktfläche des zweiten Metallteils an. Auch liegt die vordere Stoßfläche des ersten Metallteils zumindest bereichsweise an der hinteren Stoßfläche des zweiten Metallteils an und die hintere Stoßfläche des ersten Metallteils zumindest bereichsweise an der vorderen Stoßfläche des zweiten Metallteils. Anliegen bedeutet hierbei, dass die Flächen mittelbar oder unmittelbar eine Kraft aufeinander ausüben können. Vorzugsweise wird ein mechanischer und ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktflächen und/ oder zwischen den Stirnflächen durch das Anliegen hergestellt. Es kann auch zwischen den Flächen ein weiteres Element angeordnet sein, beispielsweise ein Leiter oder ein Nicht-Leiter. Im Falle der Stoßflächen kann eine solche Zwischenschicht beispielsweise mechanische Spannung aufnehmen und/ oder ein Gleiten der Metallteile aneinander begünstigen. Im Falle der Kontaktflächen kann eine solche Zwischenschicht beispielsweise eine leitende, weiche Folie sein, die Unebenheiten ausgleicht und einen guten Kontakt herstellt. Auch können die beispielhaft genannten Zwischenelemente an den jeweils anderen Flächen (Stoß- oder Kontaktflächen) eingesetzt werden.
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In jedem Fall ist eine großflächige Kontaktierung der Flächen, insbesondere der Kontaktflächen der beiden Metallteile von Vorteil um einen geringen ohmschen Widerstand und eine gute Wärmeleitfähigkeit zu erreichen.
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Im gefügten Zustand können die beiden Metallteile eine im Wesentlichen geschlossene Außenfläche besitzen, die beispielsweise im Wesentlichen einen Quader, einen Zylinder, eine Kugel, ein Ellipsoid, ein Keil oder ähnliches beschreiben kann. Das passgenaue Ineinandergreifen der beiden Metallteile vermeidet unnötige Kanten, sodass das Risiko der Beschädigung benachbarter Kabel oder anderer Komponenten, insbesondere in engen Kabelbäumen, verringert wird.
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Die Stoßflächen eines jeden Metallteils dienen im gefügten Zustand zum einem dem Zweck, dass die Bewegung des jeweils anderen Metallteils in dessen Verriegelungsrichtung aufgehalten wird. Das erste Metallteil stößt also bei Bewegung in seiner Verriegelungsrichtung mit zumindest einer seiner beiden Stoßflächen, vorzugsweise beiden Stoßflächen, der hinteren und der vorderen, an den Stoßflächen des zweiten Metallteils, der vorderen und/ oder der hinteren, an. Zu diesem Zweck sind die Stoßflächen jedes der beiden Metallteile zumindest bereichsweise der Verriegelungsrichtung des jeweils anderen Metallteils entgegen gerichtet. Hierbei sei auf die obige Definition von „entgegen gerichtet“ verwiesen, die besagt, dass das Skalarprodukt zwischen den Flächennormalen der Stoßflächen eines Metallteils dem Vektor der Verriegelungsrichtung des jeweils anderen Metallteils negativ ist. „Zumindest bereichsweise“ ist so zu verstehen, dass zumindest ein Teil der Fläche eine dementsprechende Ausrichtung hat. Da die Fläche nicht aus einem einzelnen ebenen Segment bestehen muss, ist es denkbar, dass einige Bereiche der Stoßflächen der Verriegelungsrichtung des jeweils anderen Metallteils nicht entgegengerichtet sind, andere aber schon. Insbesondere sollten die Bereiche der Stoßfläche der Verriegelungsrichtung des jeweils anderen Metallteils entgegengerichtet sein, an denen das jeweils andere Metallteil auch tatsächlich im gefügten und/ oder verriegelten Zustand anliegt.
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Es kann auch pro Paar von aneinander anliegenden Stoßflächen, bspw. der hinteren des einen Metallteils und der vorderen des anderen Metallteils, nur eine der beiden Stoßflächen der Bewegungsrichtung des jeweils anderen Metallteils entgegen gerichtet sein. Die jeweils andere Stoßfläche kann auch als linienförmige oder punktförmige oder anderweitig geformte lokale Erhebung geformt sein. Auch mehrere Erhebungen sind denkbar. Auch können die beiden Stoßflächen eines Paares flächig und im verriegelten Zustand im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein.
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Als weiteren, zweiten Zweck leiten die Stoßflächen die vom Verriegelungselement ausgehende Kraft zumindest zum Teil in Richtung der Kontaktfläche um. Hierzu werden zunächst die jeweils vordere Kontaktfläche und die jeweils vordere Stoßfläche eines Metallteils als jeweils der anderen Fläche „zugehörig“ definiert und die jeweils hintere Kontaktfläche und hintere Stoßfläche ein und desselben Metallteils als einander „zugehörig“. Die Umleitung der Kraft wird nun dadurch realisiert, dass jede Stoßfläche nicht nur der Verriegelungsrichtung bereichsweise entgegengerichtet ist, sondern auch Bereichen der jeweils zugehörigen Kontaktfläche. Folgerichtigerweise ist auch die Kontaktfläche der zugehörigen Stoßfläche bereichsweise entgegengerichtet.
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Das Verriegelungselement übt also über die Stoßflächen eine Kraft auf die Kontaktflächen aus und drückt diese mit einer Normalkraft gegeneinander. Die vordere Kontaktfläche des ersten Metallteils wird also gegen die hintere Kontaktfläche des zweiten Metallteils gepresst. Auch die hintere Kontaktfläche des ersten Metallteils wird gegen die vordere Kontaktfläche des zweiten Metallteils gepresst. Eine große Kraft ist von Vorteil um einen guten Kontakt mit geringem Übergangswiderstand sicherzustellen. Vorteilhaft ist es, wie oben beschrieben, wenn beide Metallteile und das Verriegelungsteil ähnliche bis gleiche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, damit die Normalkraft in einem erwartbaren Temperaturbereich von -40°C bis 150-180°C nicht aufgrund verschiedener Ausdehnungskoeffizienten nachlässt.
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Wie oben beschrieben, müssen die Flächen, also sowohl Kontaktflächen als auch Stoßflächen, nicht vollständig eben sein und aus einem einzigen flachen Segment gebildet sein, sondern können aus mehreren unterschiedlich ausgerichteten Segmenten gebildet sein. Insbesondere können die Kontakt- und/ oder Stoßflächen mit einem Relief versehen sein. Dieses kann als Rippen und Rillen geformt sein, entlang derer das eine Metallteil am anderen entlang gleiten kann. Beispielsweise können diese Reliefstrukturen entlang der jeweiligen Verriegelungsrichtung im Wesentlichen konstant sein, insbesondere wenn die Verriegelungsrichtung eines Metallteils genau senkrecht zur Flächennormale einer reliefierten Kontaktfläche verläuft. Auch ist es möglich, dass die Kontakt- und/ oder Stoßflächen konkav und/ oder konvex geformt sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung greifen die Reliefstrukturen der beiden Metallteile ineinander ein, sodass zum einen die Größe der Berührfläche im Vergleich zu ebenen Flächen erhöht wird und zum anderen eine Führung der Metallteile aneinander realisiert wird. Insbesondere kann beispielsweise die jeweils vordere Kontaktfläche konkave Ausnehmungen haben und die jeweils hintere Kontaktfläche mit einer konvexen Ausformung in diese konkaven Ausnehmungen eingreifen. Auch kann die jeweils vordere Kontaktfläche konvexe Ausnehmungen haben und die jeweils hintere Kontaktfläche mit einer konkaven Ausformung in diese konvexen Ausnehmungen eingreifen. Gleiches kann für vordere und hintere Stoßflächen gelten. Selbstverständlich sind andere Oberflächenstrukturierungen denkbar wie beispielsweise gezackte, dreieckige, verzahnte Reliefs etc.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Kontaktflächen eines ersten Metallteils zumindest bereichsweise parallel zur Verriegelungsrichtung des jeweiligen Metallteils und/ oder des anderen Metallteils ausgerichtet. Das gleiche kann für das zweite Metallteil gelten. Die Metallteile können dann an den Kontaktflächen aneinander entlang gleiten.
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Auch können die Kontaktflächen eines Metallteils, hintere und vordere, zumindest bereichsweise, aber auch in Gänze im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein. Auch können die beiden Kontaktflächen beider Metallteile alle vier zueinander zumindest bereichsweise oder auch in Gänze zueinander parallel ausgerichtet sein. Gleiches kann für die Stoßflächen gelten, sowohl für ein Metallteil aber auch für beide Metallteile gleichermaßen.
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Auch können die Kontaktflächen eines Paares aneinander anliegender Kontaktflächen, gebildet aus je einer Kontaktfläche jeweils eines der beiden Metallteile, im Wesentlichen parallel zueinander sein. Dies kann auf für beide Kontaktflächenpaare der Kabelverbinders gelten. Gleiches kann auf für die Stoßflächen gelten.
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In einer bevorzugten Ausführung verlaufen sowohl die Verriegelungsrichtungen beider Metallteile als auch die Flächennormalen beider Kontaktflächen und beider Stoßflächen beider Metallteile jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Ebene oder zueinander.
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Die Stoßflächen und/ oder Kontaktflächen können zumindest bereichsweise beschichtet sein. Insbesondere können diese mit einer Nickel und/ oder Zinn Beschichtung ausgestattet sein, die weicher sein kann als das Hauptmaterial der Metallteile und so einen besseren Kontakt herstellt. Die Stoßflächen und/ oder Kontaktflächen können auch anderweitig oberflächenbehandelt sein, etwa poliert und besonders eben hergestellt sein.
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Alternativ zum Verriegelungselement aus Verriegelungsflächen und einschiebbarem Verriegelungsteil sind andere Bauarten denkbar. So ist etwa ein Schraubmechanismus denkbar, der in einem der beiden Metallteile in einem Gewinde verankert ist und aus diesem gegen das andere Metallteil an eine Verriegelungsfläche angenähert werden kann. Auch können beide Metallteile solche Schraubelemente aufweisen, die gegeneinander ausgefahren werden können. Es sind fest am Metallteil befestigte Schnappelemente oder Federelemente denkbar, die beim gegenseitigen Einhaken der beiden Metallteile ineinander gespannt werden, somit dauerhaft eine Kraft ausüben und den Kontakt der Metallteile im gefügten Zustand zueinander halten.
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Zum Schutz gegen Feuchtigkeit und andere Umgebungseinflüsse kann eine schützende Ummantelung des Kabelverbinders vorgesehen sein. Diese kann eine Beschichtung auf den Metallteilen umfassen, beispielsweise aus Kunststoff, Silikon, Keramik, Gummi, Glas, etc. Diese Beschichtung ist vorzugsweise auf den Flächen der Metallteile aufgebracht, welche nicht Kontakt- und/ oder Stoßflächen sind. Die Beschichtung kann auch im Bereich des Verriegelungselements angeordnet sein, die Oberfläche der Metallteile in diesem Bereich kann aber auch davon ausgeschlossen sein. Die Beschichtung kann, um im gefügten Zustand eine gute Abdichtung des Kabelverbinders zu erreichen, seitlich über die Kontakt- und Stoßflächen hinausragen, sodass im gefügten Zustand kein Spalt verbleibt, durch den Wasser und andere Chemikalien eindringen können. Auch können die überstehenden Beschichtungskanten als eine Nut auf dem einen Metallteil und eine Lippe auf dem anderen Metallteil angeordnet sein, sodass diese beim Zusammenfügen der Metallteile ineinandergreifen. Auch können die Kanten der Beschichtungen beider Metallteile gleich geformt sein, etwa als Lippen, Verdickungen, Nuten, etc. Es kann vorteilhaft sein, die Beschichtung eines Metallteils härter als die Beschichtung des anderen Metallteils zu wählen, damit die Beschichtungskante des ersten Metallteils in die Beschichtung des anderen Metallteils eindrücken kann und somit eine bessere Dichtwirkung erzielt.
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Es kann vorkommen, dass das Verriegelungselement eine Öffnung im Kabelverbinder zurücklässt, beispielsweise falls ein Verriegelungsteil zwischen den Verriegelungsflächen versenkt wird. Um dennoch eine Isolierung gegen Feuchtigkeit und andere Umgebungseinflüsse zu erreichen, kann ein Deckel vorgesehen sein, der die verbleibende Öffnung abdeckt. Auch kann das Verriegelungsteil selbst die von den beiden Metallelementen aufgespannte Öffnung verschließen. Hierfür kann der Keil beispielsweise eine isolierende Kappe aufweisen. Ein Verschluss der Öffnung kann insbesondere einen Berührschutz herstellen, insbesondere gegenüber Fingern (Norm IPxxB) oder Drähten (Norm IPxxD), und/ oder die Öffnung wasserdicht und/ oder luftdicht und/ oder hermetisch verschließen.
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Auch ist ein Gehäuse um den gesamten Kabelverbinder möglich, welches im gefügten Zustand um ihn gelegt wird. Das Gehäuse kann aus Silikon, Gummi, vorzugsweise aus härteren Materialien wie Kunststoff, oder auch Keramik gefertigt sein. Auch können zwei oder mehr Gehäuseteile um beide Metallteile separat gelegt und/ oder daran befestigt sein und diese können im gefügten Zustand ebenfalls abdichtend ineinander gefügt werden. Schnappelemente und/ oder eine umläufige Dichtung aus einem weicheren Material als das Gehäuse, beispielsweise Silikon oder Gummi, können die Dichtwirkung dauerhaft gewährleisten.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Metallteil neben den ersten beiden Kontaktflächen, Stoßflächen und Teilen eines ersten Verriegelungselements weitere zwei Kontaktflächen, weitere zwei Stoßflächen und Teile eines weiteren Verriegelungselements aufweisen. Das so gestaltete Metallteil kann mit einem, zwei oder mehr weiteren Metallteilen verbunden werden und so beispielsweise eine Y-Verbindung ermöglichen. Auch kann ein Metallteil weitere Verbindungsflächen und Verriegelungselemente aufweisen und eine 4er-, 5er- und 6er-Kupplung oder eine Verbindung von mehr Elementen und/ oder Kabeln ermöglichen.
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Die Metallteile können insbesondere hergestellt sein durch beispielsweise Druckguss, Feinguss oder ein Strangpressverfahren. Diese Verfahren ermöglichen eine besonders feine, ebene und gleichmäßige Oberfläche. Es ist aber auch möglich, andere Verfahren zu wählen, die gegebenenfalls mit einer nachgelagerten Oberflächenbehandlung kombiniert werden.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 Ausführungsbeispiel der beiden Metallteile des gegenständlichen Kabelverbinders;
- 2 Ausführungsbeispiele eines gegenständlichen Metallteils mit eingezeichneten Flächennormalen;
- 3 Ausführungsbeispiele von zwei ineinander gehakten gegenständlichen Metallteilen in der Draufsicht;
- 4 Ausführungsbeispiele des gegenständlichen Kabelverbinders in isometrischer Ansicht;
- 5 Ausführungsbeispiele der Stoßflächen des gegenständlichen Kabelverbinders;
- 6 Ausführungsbeispiele des Verriegelungselements des gegenständlichen Kabelverbinders;
- 7 Ausführungsbeispiele der Konturen von Stoß- und Kontaktflächen des gegenständlichen Kabelverbinders;
- 8 Ausführungsbeispiel eines isolierten gegenständlichen Kabelverbinders;
- 9 Ausführungsbeispiel eines gegenständlichen Kabelverbinders mit einem für mehrere Kontaktierungen vorgesehenen Metallteil;
- 10 Ausführungsbeispiele von Anschlussterminals des gegenständlichen Kabelverbinders.
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Der gegenständliche Kabelverbinder 1 ist gebildet aus einem ersten Metallteil 20 und einem zweiten Metallteil 40. Diese sind in 1a gezeigt. Das erste Metallteil 20 weist eine vordere Stoßfläche 28, eine hintere Stoßfläche 22, eine vordere Kontaktfläche 26 und eine hintere Kontaktfläche 24 auf. Analog hierzu ist ein zweites Metallteil 40 vorgesehen. Dieses weist seinerseits eine vordere Stoßfläche 48, eine hintere Stoßfläche 42, eine vordere Kotaktfläche 46 und eine hintere Kontaktfläche 44 auf.
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Es kann vorteilhaft sein, die beiden Metallteile 20, 40 in ihren Außenabmessungen, insbesondere ihrer Dicke, aneinander anzugleichen, sodass nach Zusammenfügen wenig Kanten überstehen. Insbesondere ist es möglich, dass die beiden Metallteile im Wesentlichen identisch geformt sind.
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1b zeigt die beiden Metallteile 20, 40 im gefügten Zustand. Hierbei liegt die vordere Stoßfläche 28 des ersten Metallteils 20 an der hinteren Stoßfläche 42 des zweiten Metallteils 40 und die hintere Stoßfläche 22 des ersten Metallteils 20 an der vorderen Stoßfläche 48 des zweiten Metallteils 40 an. Auch liegt die hintere Kontaktfläche 24 des ersten Metallteils 20 an der vorderen Kontaktfläche 46 des zweiten Metallteils 40 an und die vordere Kontaktfläche 26 des ersten Metallteils 20 an der hinteren Kontaktfläche 44 des zweiten Metallteils 40. Es ergibt sich so im Wesentlichen ein Quader.
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Dass die Flächen aneinander anliegen kann so verstanden werden, dass sie zumindest bereichsweise eine Kraft aufeinander ausüben. Sie können auch mittelbar über ein oder mehrere weitere zwischen den kontaktierenden Flächen angeordnete Elemente aneinander anliegen.
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Die beiden Metallteile 20, 40 werden gegeneinander über ein Verriegelungselement 60 verschoben. In der gezeigten Ausführung wird hierbei einen Keil als Verriegelungsteil 66 verwendet, der zwischen zwei Verriegelungsflächen 62, 64 geschoben in wird. Eine erste Verriegelungsfläche 62 befindet sich an dem ersten Metallteil 20 und eine zweite Verriegelungsfläche 64 an dem zweiten Metallteil 40. Durch Einschieben des Verriegelungsteils 66 kommt dieses in Kontakt zu beiden Verriegelungsflächen 62 und 64 und schiebt diese, und damit die Metallteile 20, 40, auseinander. Das Verriegelungsteil 66 kann bevorzugt passgenau in den Spalt eingefügt werden, sodass es in Presspassung zwischen den Verriegelungsflächen 62, 64 liegt. Das Verriegelungsteil 66 kann mit einem festgelegten Druck oder einer festgelegten Kraft in den Spalt zwischen die Verriegelungsflächen 62, 64 gepresst werden.
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Für das Verriegelungsteil 66 kann eine Endposition definiert werden, in der die beiden Metallteile 20, 40 miteinander fest verriegelt sind und das Verriegelungsteil 66 aufgrund von Reibung an den Verriegelungsflächen 62, 64 nur noch mit Kraftaufwand beweglich ist. In diesem Zustand kann das Verriegelungsteil 66 über die Oberfläche der Metallteile 40, 60 hinaus ragen, plan mit zumindest einem von diesen abschließen, oder in dem Kabelverbinder 1 einen Rücksprung bilden.
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Das erste Metallteil 20 wird von dem Verriegelungselement 60 in eine erste Verriegelungsrichtung 50 bewegt, das zweite Metallteil 40 wird in eine zweite Verriegelungsrichtung 52 bewegt. Die Verriegelungsrichtungen 50, 52 sind dabei im verschieden voneinander, insbesondere einander entgegengesetzt (Skalarprodukt < 0) und können insbesondere antiparallel zueinander sein.
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Bezugnehmend auf 2 sei erklärend angeführt, dass die Evaluierung, ob zwei Vektoren senkrecht zueinander sind, derart durchgeführt werden kann, dass die Vektoren so verschoben werden, dass ihre Startpunkte identisch sind (siehe rechter Teil 2). Für den gezeigten Fall in 2 wird offensichtlich, dass die Flächennormalenvektoren 23, 29 der Stoßflächen 22 und 28 des ersten Anschlussteils 20 sowohl der Verriegelungsrichtung 52 des zweiten Metallteils 40 als auch der Flächennormalenvektoren 25, 27 der Kontaktflächen 24 und 26 entgegengerichtet sind.
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Zum einen wird hierdurch erreicht, dass das erste Metallteil 20 das zweite Metallteil 40 in Verriegelungsrichtung aufhält, da die Stoßflächen 42 und 48 des zweiten Metallteils 40 an den der Verriegelungsrichtung 52 des zweiten Metallteils 40 entgegen gerichteten Stoßflächen 22, 28 des ersten Metallteils 20 anliegen. Dies gilt in genau umgekehrter Weise für das erste Metallteil 20, das von den Stoßflächen 42, 48 des zweiten Metallteils 40 an einer weiteren Bewegung in seiner Verriegelungsrichtung 50 gehindert wird.
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Darüber hinaus bewirkt die Ausrichtung der Stoßflächennormalen 23,29 entgegen der zugehörigen Kontaktflächennormalen 25, 27, dass das zweite Metallteil 40, was von dem Verriegelungselement 60 gegen die Stoßflächen 22, 28 bewegt wird, in Richtung Kontaktfläche 24, 26 umgeleitet wird. An diesen Kontaktflächen 24, 26 stößt das zweite Metallteil 40 nun mit seinen jeweiligen Kontaktflächen 46, 44 an, sodass es zumindest kraft- und formschlüssig gehalten ist.
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3 zeigt verschiedene mögliche Ausrichtungen der Kontaktflächen 24, 46, 26, 44 und Stoßflächen 28, 42, 22, 48 der beiden Metallteile 20, 40. Es ist eine Draufsicht des gegenständlichen Kabelverbinders 1 gezeigt. Die Kontakt- und Stoßflächen 24, 46, 26, 44 können hierbei im Wesentlichen als plane Flächen mit einer einzigen Ausrichtung senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Sie können auch jeweils gewölbt, verdreht oder anderweitig verformt sein. Zumindest ein Segment jeder Fläche soll für die folgenden Überlegungen im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet sein, sodass die Nahtlinien der 3 die bereichsweise Ausrichtung der Flächen erkennen lässt. Die Verriegelungsrichtungen 50, 52 der beiden Metallteile 20, 40 sind in den in 3 a-c gezeigten Ausführungsbeispielen parallel zu den Kontaktflächen 24, 26, 44, 46, welche im gefügten Zustand parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Zur genaueren Erläuterung der Flächenausrichtungen sei auf 3 verwiesen, in der die Flächennormalen 23 (senkrecht auf hinterer Stoßfläche 22), 25 (senkrecht auf hinterer Kontaktfläche 24), 27 (senkrecht auf vorderer Kontaktfläche 26), 29 (senkrecht auf vorderer Stoßfläche 28) für das erste Metallteil 20 gezeigt sind.
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Es lässt sich erkennen, dass in allen Ausführungsbeispielen der 3 a-c die Stoßflächen 22, 28, 42, 48 zur Verriegelungsrichtung des jeweils anderen Metallteils entgegen gerichtet sind (Skalarprodukt zwischen Flächennormalenvektoren 23, 25, 27, 29 und Verriegelungsrichtungsvektor 50, 52 < 0).
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Auch lässt sich erkennen, dass die Flächennormalenvektoren 23, 29 der Stoßflächen 22, 28 ihrer jeweils zugehörigen Kontaktfläche entgegen gerichtet sind.
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In 3 d ist eine Bauform gezeigt, in der die Kontaktflächen 24, 26, 44, 46 in der Draufsicht geschwungen sind. Sie können auch so stark geschwungen sein, dass ihre bereichsweisen Flächennormalen nicht mehr den Flächennormalen der zugehörigen Stoßflächen 22, 28, 42, 48 entgegengerichtet sind. Es reicht, wenn die Flächennormalen der Kontaktflächen 24, 26, 44, 46 der Flächennormalen der jeweils zugehörigen Stoßflächen 22, 28, 42, 48 bereichsweise entgegengerichtet sind.
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In den Ausführungsbeispielen aus 3 a-d sind die Stoßflächen 22, 28, 42, 48 durchweg größtenteils weiter von dem Verriegelungselement 60 entfernt als die jeweils zugehörigen Kontaktflächen 24, 26, 44, 46. Die Stoßflächen 22, 28, 42, 48 können aber auch, wie in 3 e gezeigt, näher am Verriegelungselement 60 als zumindest Bereiche der zugehörigen Kontaktflächen 24, 26, 44, 46 gelegen sein.
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Kontakt- und Stoßflächen 24, 26, 44, 46, 22, 28, 42, 48 müssen im Allgemeinen nicht aus einem einzigen planen Segment gebildet sein sondern können auch Segmente verschiedener Ausrichtung umfassen. Eine beispielhafte Ausführung mit solchen Flächen ist in 3 f gezeigt. Hier wurden zunächst die Stoßflächen 22, 48, 26 und 42 in Teilbereiche (22a, 22b, 22c, sowie 48a, 48b, 48c und 28a, 28b, 42a, 42b) aufgetrennt, welche jeweils eine erfindungsgemäße Ausrichtung haben. Die in der Figur horizontalen Stoßflächenbereiche haben eine andere Ausrichtung. Insgesamt ist umfassen die Stoßflächen diese horizontalen Teilbereiche und die erfindungsgemäß ausgerichteten Teilbereiche (22a, 22b, 22c, sowie 48a, 48b, 48c und 28a, 28b, 42a, 42b). Die Stoßfläche 28 wurde mit Hervorhebungen versehen. Die Erhebungen 28a, 28b selbst können auch als die Stoßfläche 28 angesehen werden. Deren Flächenausrichtung ist für die Funktion der Erfindung irrelevant. Zumindest kleine Segmente der Ergebung werden allerdings entgegen sowohl der Verriegelungsrichtung 52 des zweiten Metallteils 40 und der Flächennormale der zugehörigen Kontaktfläche 26 ausgerichtet sein. Die Ausrichtung der Stoßfläche 42, genauer gesagt ihrer Teilbereiche 42a, 42b, bewirkt bereits, dass das erste Metallteil 20 mit seiner Kontaktfläche 26 gegen die Kontaktfläche 44 des zweiten Metallteils 40 gedrückt wird. Hierbei wird deutlich, dass die bereichsweise gegenständliche Ausrichtung der beiden kontaktierenden Stoßflächen (22, 48) und (28, 42) ausreicht, um die zugehörigen Kontaktflächen (24, 46) und (26, 44) mittels des Verriegelungselements 60 gegeneinander zu drücken.
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3 g zeigt ein weiteres verwandtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Stoßflächen 22, 48 und 28, 42 in drei Teilbereiche mit jeweils im Wesentlichen konstanter Ausrichtung geteilt sind. Die horizontal ausgerichteten Teilbereiche (Flächennormale im Wesentlichen senkrecht) sind hierbei erfindungsgemäß ausgerichtet. Die vertikal ausgerichteten Teilbereiche (Flächennormale im Wesentlichen horizontal) allein würden nicht die gewünschte Verriegelung erreichen. Auch hier kann mit Stoßfläche sowohl nur der jeweils horizontal ausgerichtete Teilbereich bezeichnet sein, oder aber die zusammengesetzte Fläche aus jeweils zwei vertikalen und einem horizontal ausgerichtetem Teilbereich.
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4 zeigt zwei unterschiedliche beispielhafte Ausführungen der Metallteile 20, 40. In der 4a sind beide Metallteile 20, 40 aus mehreren flachen Segmenten geformt. Die Kontaktflächen 24,26, 44, 46 und Stoßflächen 22, 28, 42, 48 sind von jeweils flachen Segmenten geformt, die im Wesentlichen parallel zu der jeweiligen Kontakt- oder Stoßfläche gerichtet sind. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität sind dazu senkrechte flache Elemente vorgesehen. Diese sind optional. Ein Vorteil dieser Bauart ist der geringere Materialaufwand, ein weiterer die erhöhte Fläche zur Umgebung, über die Wärme abgestrahlt und anderweitig, etwa über Konvektion, abgegeben werden kann.
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Eine andere Bauform, gezeigt in der 4b, ähnelt einem Zylinder. Durch eine zylindrische Form wird eine Integration des Kabelverbinders 1 in Kabelbäume erleichtert. Denn so kann der Verbinder beispielsweise insbesondere für Kabel mit rundem Durchmesser ungefähr auf Kabeldurchmesser gebracht werden. Auf diese Weise werden Verdickungen entlang des Kabelstrangs im Bereich des Kabelverbinders 1 vermieden. Auch wird dank mangelnder Kanten die Verletzung benachbarter Komponenten, insbesondere Kabel, unwahrscheinlicher.
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5 führt das Ausführungsbeispiel aus 3g noch weiter aus. Eine der Stoßflächen von zwei miteinander in Kontakt stehenden Stoßflächen kann anstatt als Fläche als eine oder mehrere punktuelle, lineare oder anderweitig geformte Erhebungen geformt sein. Die Erhebung kann abgeflacht sein und eine im verriegelten Zustand im Wesentlichen parallel zur an ihr anliegenden Fläche ausgerichtete Stirnfläche aufweisen. Sie kann aber auch abgerundet sein. Eine abgerundete Bauform ist in 5a gezeigt. Falls die Erhebung abgerundet geformt ist, ist nur ein sehr kleines Flächensegment der Stoßfläche 42 entgegen der Verriegelungsrichtung 50 des ersten Metallteils 20 und der Flächennormale der Kontaktfläche 44 ausgerichtet. Die Ausrichtung der jeweils anderen Stoßfläche, die als Fläche gebildet ist, reicht dazu aus, die beiden den jeweiligen Stoßflächen zugehörigen Kontaktflächen ausgehend von der vom Verriegelungselement 60 ausgehenden Kraft aufeinander zuzuleiten. Die Erhebungen der einen Stoßfläche können beispielsweise im Wesentlichen eine Linie wie in 5b beschreiben. Hier ist die Erhebung nicht, wie in 5a, abgerundet, sondern besitzt eine abgeflachte Stirnfläche. Eine abgerundete Form ist allerdings genauso gut möglich. Auch mehrere solcher zueinander paralleler oder zueinander geneigter linearer Erhebungen sind möglich. Alternativ sind punktuelle Erhebungen wie in 5c denkbar. Auch hier sind einzelne oder mehrere geordnet oder ungeordnet auf der Stoßfläche verteilte Erhebungen denkbar. Auch kann zumindest eine Stoßfläche alternativ stark aufgeraut sein, sodass sich eine unregelmäßig geformte Oberflächenstruktur mit Erhebungen und Vertiefungen ergibt, die beim Verriegeln des gegenständlichen Kabelverbinders 1 teilweise mit der gegenüberliegenden Stoßfläche des jeweils anderen Metallteils bereichsweise kontaktieren und/ oder eingedrückt werden und/ oder in die gegenüberliegende Stoßfläche eindringen.
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6 zeigt mögliche Ausführungsformen von Verriegelungselementen 60, zusätzlich zu dem in 1a offenbarten Keil 66 mit Verriegelungsflächen 62, 64.
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Insbesondere sind einige geführte Ausführungen von Verriegelungsteilen 66 offenbart. Die Führung 67 kann die Eigenschaft haben, dass das Verriegelungsteil 66 sich nur entlang einer Richtung bewegen kann. Des Weiteren kann die Führung 67 das Verriegelungsteil 66 verliersicher mit zumindest einem der Metallteile 20, 40 verbinden. Dies hat den Vorteil, dass für die Montage des gegenständlichen Kabelverbinders 1 nur mit zwei getrennte Elemente gehandhabt werden müssen, nämlich die beiden Metallteilen 20, 40. Es muss kein Verriegelungsteil 66 in einer verarbeitenden Maschine auf Vorrat gehalten werden etc. Auch wenn der Kabelverbinder 1 geöffnet wird, läuft das Verriegelungsteil 66 nicht Gefahr, verloren zu gehen.
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In 6a ist ein Keil als Verriegelungsteil 66 offenbart, der entlang einer Führung 67 beweglich ist. Diese Führung 67 kann eine Schiene oder anderweitige im Wesentlichen lineare Erhebung in der Verriegelungsfläche 62 umfassen, die von einer Nut oder einer anderweitigen im Wesentlichen linearen Ausnehmung im Verriegelungsteil 66 umfasst wird. Auch kann die Führung als Ausnehmung in der Verriegelungsfläche 62 des Metallteils 20 (oder der Verriegelungsfläche 64 von Metallteil 40) angeordnet sein und die Erhebung an dem Verriegelungsteil 66.
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Ein weiteres Beispiel für ein Verriegelungselement 60 mit Führung 67 ist in 6b gezeigt. Hier kann das Verriegelungsteil 66 um eine als rotatorisches Lager gebildete Führung 67 gedreht werden. Durch Eindrehen des Verriegelungsteils 66 aus der oberen in die untere gezeigte Stellung der 6b wird die Verriegelung des Kabelverbinders 1 erreicht. Eine gezeigte Abrundung des Verriegelungsteils 66 ist hierbei vorteilhaft, um das Verriegelungsteil 66 im Spalt gänzlich in die im unteren Teil von 6b gezeigte Endposition bewegen zu können.
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In beiden gezeigten, aber auch in anderen Verriegelungselement-Konfigurationen kann es hilfreich sein, die Reibung zwischen Verriegelungsteil 66 und Verriegelungsflächen 62, 64 zu erhöhen. Dies kann durch eine Aufrauhung der Oberfläche geschehen, durch Sandstrahlen, Ätzen, und andere Verfahren oder aber auch mittels einer gezielten Reliefierung, etwa beim Guss, mittels derer Rillen, Noppen, Wellen, etc. hervorgerufen werden, welche die Reibung zwischen Verriegelungsteil 66 und Verriegelungsflächen 62, 64 erhöhen können. 6c zeigt beispielhaft aufgeraute Flächen.
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Alternative Verriegelungselemente 60 sind in 6 d-f dargestellt. In 6d umfasst das Verriegelungselement 60 eine in einem Gewinde eines ersten Metallteils 20 geführte Schraube, die gegen die Verriegelungsfläche 64 des zweiten Metallteils 40 gedreht werden kann. Das Verriegelungsteil 66 ist in diesem Falle die Schraube.
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6e zeigt ein Federelement als Verriegelungsteil 66, das fest oder mobil an der Verriegelungsfläche 62 des ersten Metallteils 20 angebracht ist und bei zusammensetzen der beiden Metallteile 20, 40 eingedrückt wird, sodass die Rückstellkraft des Federelements die beiden Metallteile 20, 40 auseinander bewegt.
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Analog zur 6e zeigt 6f ein anderes Federelement. Das Federelement der 6d hat den Vorteil, dass ein seitliches Einschieben die Feder nicht wesentlich nach unten ablenkt und diese auch nach dem Einschieben das Metallteil in Verriegelungsrichtung drücken kann. Die Feder der 6f benötigt eventuell noch eine weitere Führung in Federrichtung. Federelement als Verriegelungsteil 66 haben allgemein den Vorteil, dass die beiden Metallteile 20,40 zusammengesteckt werden können und sofort verriegelt sind. Der Nachteil ist allerdings eine verglichen mit beispielsweise einem unter Druck in Presspassung eingepassten Metallkeil deutlich verringerter Kraft, die von dem Verriegelungselement 60 ausgeht. Damit ist die Normalkraft auf Stoß- und Kontaktflächen verringert und der Kontakt kann hochohmiger werden.
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Wie bereits erörtert, müssen Kontaktflächen 24, 26, 44, 46 und Stoßflächen 22, 28, 42, 48, und auch die Verriegelungsflächen 62, 64 nicht eben sein mit einer einzigen Ausrichtung sondern können auch Bereiche verschiedener Ausrichtungen aufweisen. Einige Beispiele solcher Flächenformen sind in 7 gezeigt. Hierbei ist ein Relief gezeigt, wie man es durch einen Schnitt durch die beiden Metallteile 20, 40 sichtbar machen würde. Es ist vorteilhaft, wenn die Flächen der Metallteile 20, 40 in einer Vorzugsrichtung aneinander entlang gleiten können. Dies kann für die Kontaktflächen gewährleistet sein, indem das Profil über eine Richtung senkrecht zur Verriegelungsrichtung des Metallteils entlang der Verriegelungsrichtung zumindest eines der Metallteile konstant ist. Es können sich beispielsweise Rillen entlang dieser Richtung im Metall abzeichnen. Für die Stoßflächen 22, 28, 42, 48 ist ein konstantes Relief in Richtung auf die zugehörige Kontaktfläche zu hilfreich, damit das Metallteil entlang dieses Profils auf die Kontaktfläche zu gleitet. 7a zeigt einen beschriebenen vorteilhaften Profilverlauf mit einem beispielhaften eckigen Profil.
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Zudem ist es hilfreich, wenn die Metallteile 20, 40 an den Kontakt- und Stoßflächen ineinandergreifen. Auf diese Art sind die Metallteile 20, 40 zum einen sicher geführt. Zudem halten sie im verriegelten Zustand besser aneinander und überdies vergrößert sich die Kontaktfläche im Vergleich zu ebenen Kontakt- und Stoßflächen. Die beschriebene Profilierung ist insbesondere für die Kontaktflächen vorteilhaft.
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7b zeigt ein erstes wellenförmiges Profil, in 7c ist ein konkaves Profil einer ersten Fläche und ein dazu komplementäres konvexes Profil einer zweiten Fläche gezeigt. In 7d ist eine weitere Ausführungsform ineinandergreifender Flächen gezeigt.
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Um den Kontakt zwischen den aneinander liegenden Kontakt- und Stoßflächen zu verbessern, können diese beschichtet werden, insbesondere durch weichere Metalle wie beispielsweise Nickel oder Zinn. Auch andere Metalle wie Gold sind denkbar oder andere leitende Materialien. Eine Beschichtung ist vorteilhafterweise nur im Bereich der kontaktierenden Kontakt- und Stoßflächen angeordnet, siehe Beschichtungen 70,72 in 6e.
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Der bisher beschriebene Kabelverbinder 1 weist im Allgemeinen noch eine ungeschützte metallene Außenfläche auf. Dies hat den Nachteil, dass er in elektrischen und mechanischen Kontakt mit anderen Leitern kommen kann, außerdem droht Korrosion oder anderweitiger Schaden durch Umwelteinflüsse. Um diese Risiken auszuräumen, ist es vorteilhaft, den gegenständlichen Kabelverbinder 1 nach außen zu isolieren. Dies kann durch ein Gehäuse geschehen, das nach der Verbindung und Verriegelung um den Kabelverbinder 1 gelegt wird.
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8a zeigt eine andere vorteilhafte Ausführung einer Isolation gegenüber der Umgebung. Hierbei sind die Metallteile 20, 40 an zumindest Teilen der Außenflächen, welche keine Kontaktflächen, Stoßflächen, Verriegelungsflächen oder anderer nicht zu isolierender Außenflächen sind, mit einer Isolationsschicht 80 beschichtet. Diese ist vorzugsweise ein Nicht-Leiter und kann aus Kunststoff, Silikon, Gummi, aber auch aus Keramik, Glas, etc. gefertigt sein.
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Um eine vollständige Isolation der Metallteile 20, 40 des Kabelverbinders 1 im verriegelten Zustand zu ermöglichen, kann im Bereich des Verriegelungselements 60 nach Verriegelung ein Deckel 82 die Öffnung verschließen. Der Deckel 82 kann auch Teil des Verriegelungsteils 66 sein, das etwa einen isolierenden Abschluss aufweist, welcher beim Einschieben die Öffnung verstopft. Auch kann der Deckel als Teil des Gehäuses gebildet sein. Auch ist es möglich, dass der Kopf des Keils isolierend beschichtet ist. Auch der Keil kann als Teil des Gehäuses gebildet sein.
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Im Bereich der Übergänge zwischen Isolationsschicht 80 und Kontakt- und/ oder Stoßflächen, welche im direkten elektrischen und mechanischen Kontakt miteinander stehen müssen, besteht erhöhte Gefahr eines Eindringens von Feuchtigkeit. Um dies zu vermeiden, kann die Isolationsschicht 80 über die Flächen überstehen wie in 8 c, d gezeigt. Eine Nut 84 in dem Überstand der Isolationsschicht 80 auf einem Metallteil und ein entsprechender, in die Nut eingreifender Vorsprung 86 auf der Isolationsschicht 80 des anderen Metallteils können eine erhöhte Isolationsleistung im Übergang der beiden Metallteile 20, 40 ermöglichen. Auch können mehrere Nuten 84 und Lippen 86 vorgesehenen sein, die nebeneinander angeordnet sind und jeweils ineinander greifen und so die Dichtwirkung erhöhen.
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Auch kann, wie in 8d gezeigt, eine Isolationsschicht 80 a,b eines ersten Metallteils 20 weicher sein als die Isolationsschicht 80 c,d des zweiten Metallteils 40. Dadurch, dass sich der Überstand der härteren Isolationsschicht 80 c,d in die weichere Isolationsschicht 80 a,b eindrücken kann, wird die Isolation besonders dicht.
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Die bisher beschriebenen gegenständlichen Kabelverbinder 1 sind zur Verbindung von zwei Kabeln oder anderen Komponenten gedacht. Auch ist es möglich, das Verbindungskonzept auf mehrere Kabel auszuweiten. In 9 ist ein gegenständlicher Kabelverbinder 1 gezeigt, bei dem das zweite Metallteil 40 mehrere Andockstellen für Kabelverbinder 1, jeweils umfassend eine vordere Stoßfläche 48, vordere Kontaktfläche 46, hintere Kontaktfläche 44 und hintere Stoßfläche 42. Auch sind zumindest Teile von Verriegelungselementen 60 vorgesehen. 9a demonstriert eine sternförmige Bauform, 9b eine nebeneinandergeordnete Bauform.
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Zur Verbindung des Kabelverbinders 1 an Kabel sind Anschlüsse vonnöten. So zeigt 10 einige Ausführungsbeispiele von Kabelanschlussterminals 90. In 10a ist hierfür eine Lasche mit Loch offenbart. Dieses kann für Schraub- oder Nietverbindungen genutzt werden. 10b zeigt ein flaches Terminal 90 ohne Loch, beispielsweise für Press- oder Lötverbindungen. 10c zeigt ein rundes Terminal 90. Dieses kann als Vollmaterial gebildet sein. Hier können beispielsweise Kabel angeschweißt werden, insbesondere mittels Reibschweißens, Ultraschallschweißens, und/ oder Laserschweißens. Auch ist eine hohle Bauform als Hülse 90 wie in 10d gezeigt denkbar, welche beispielsweise als Kabelschuh Kabel oder andere Elemente aufnehmen kann. Die Hülse 90 kann auch einen runden Querschnitt aufweisen.