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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung umfassend einen mit Kontaktstiften versehenen Stecker und ein Gegensteckelement, wobei das Gegensteckelement zum Paaren mit dem Stecker ausgebildet ist und ein Gegensteckgehäuse und ein Kontaktbuchsengehäuse mit der Anzahl an Kontaktstiften entsprechend vielen Kontaktbuchsen umfasst sowie eine elektrische Antriebsanordnung mit einem Inverter, einer elektrischen Maschine und zumindest einer solchen elektrischen Steckerverbindung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Montageverfahren zur Montage einer elektrischen Steckerverbindung in einer elektrischen Antriebsanordnung.
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Stand der Technik
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Elektrische Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge weisen im Wesentlichen zwei Komponenten auf, nämlich eine elektrische Maschine und einen Inverter (Wechselrichter). Die elektrische Maschine wandelt mechanische Energie in elektrische Energie oder umgekehrt, d.h. sie kann sowohl generatorisch als ein Generator wie auch motorisch als ein Elektromotor betrieben werden. Der Inverter wandelt elektrische Gleichspannung in elektrische Wechselspannung oder umgekehrt.
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Zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine sind zur Weiterleitung von Sensorsignalen und Steuersignalen sowie zur Spannungsversorgung Signalleitungen und Versorgungsleitungen vorgesehen. Diese als Kabel ausgebildeten Verbindungsleitungen sind an den hierfür vorgesehenen Steckeranschlüssen des Inverters bzw. des Invertergehäuses und der elektrischen Maschine bzw. des Gehäuses der elektrischen Maschine angeschlossen.
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Bei der Weiterentwicklung derartiger elektrischer Antriebsanordnungen spielt neben vielen Anforderungen, wie beispielsweise baulicher Kompaktheit und Effizienz des Systems, auch die (ÖI-)Dichtheit der elektrischen Antriebsanordnung, insbesondere im Bereich von elektrischen Steckerverbindungen, eine Rolle. Weiterhin ist eine einfache und sichere Montage bzw. Verbindung im Bereich der Steckerverbindung wünschenswert.
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Das Dokument
DE 10 2016 212 758 A1 offenbart ein Verfahren und einen Aufbau zum Abdichten eines elektrischen Verbinders. Der Aufbau enthält einen Dichtungseinsatz zum Einsetzen in das Gehäuse eines elektrischen Verbinders. Der Dichtungseinsatz weist einen aufgeweiteten Rand auf, der von einer Grundfläche beabstandet ist und sich darüber erstreckt und der aufgeweitete Rand weist einen Durchmesser auf, der größer als ein Durchmesser der Grundfläche ist. Der Dichtungseinsatz enthält ferner ein Haltemerkmal und mindestens eine elektrische Stiftführung. Der Dichtungseinsatz wird nach dem Aufbringen eines FlP-Dichtstoffes im Innern des Gehäuses in das Gehäuse eines elektrischen Verbinders eingesetzt. Der aufgeweitete Rand bildet eine Dichtung gegen eine Innenwand des Gehäuses und das Haltemerkmal des Dichtungseinsatzes greift in ein Haltemerkmal im Innern des Gehäuses ein, wodurch der Dichtungseinsatz in dem Gehäuse arretiert und der Dichtstoff in einen Dichtstoffspalt, der zwischen dem Gehäuse und dem Dichtungseinsatz gebildet wird, gezwungen wird, wodurch der elektrische Verbinder wiederum abgedichtet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte elektrische Steckerverbindung sowie eine verbesserte elektrische Antriebsanordnung mit zumindest einer solchen Steckerverbindung anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein optimiertes Montageverfahren zur Montage einer elektrischen Steckerverbindung in einer elektrischen Antriebsanordnung anzugeben.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 6 und 9 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße elektrische Steckerverbindung umfasst einen Stecker und ein Gegensteckelement, wobei das Gegensteckelement zum Paaren mit dem Stecker ausgebildet ist. Der Stecker ist als „männlicher“ Teil der Steckerverbindung zu verstehen und umfasst mehrere Kontaktstifte. Das Gegensteckelement ist als „weiblicher“ Teil der Steckerverbindung zu verstehen und umfasst ein Gegensteckgehäuse und ein Kontaktbuchsengehäuse mit der Anzahl an Kontaktstiften entsprechend vielen Kontaktbuchsen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist das Gegensteckgehäuse der Anzahl an Kontaktbuchsen entsprechend viele Durchführungen sowie auf einer ersten Stirnseite einen Kragen auf.
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Das Kontaktbuchsengehäuse ist erfindungsgemäß zumindest teilweise derart in dem Kragen aufgenommen, dass die Durchführungen und die Kontaktbuchsen jeweils fluchten.
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Die Durchführungen weisen erfindungsgemäß auf einer von dem Kragen abgewandten zweiten Stirnseite jeweils eine Einführschräge auf.
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Besonders bevorzugt ist zwischen dem Gegensteckgehäuse und dem Kontaktbuchsengehäuse ein erstes elastisches Dichtelement angeordnet.
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Das erste elastische Dichtelement ist vorzugsweise entweder einteilig oder mehrteilig ausgeführt - das bedeutet, dass das erste elastische Dichtelement aus mindestens einer Dichtungskomponente besteht.
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Bevorzugt weist der Stecker eine Haltekomponente auf, in der die Kontaktstifte positionsfest, also ortsfest, aufgenommen sind, wobei die Kontaktstifte auf beiden Stirnseiten der Haltekomponente hervorstehen. Unter einer positions- bzw. ortsfesten Anordnung ist in diesem Zusammenhang eine drehfeste, axial sowie radial feste Anordnung zu verstehen.
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Vorzugsweise sind die Kontaktstifte zumindest abschnittsweise im Wesentlichen rund ausgeführt, d.h. sie weisen zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf.
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsanordnung umfasst einen Inverter, eine elektrische Maschine und zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Steckerverbindung. Über die elektrische Steckerverbindung kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine hergestellt werden.
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Das Gegensteckgehäuse ist vorzugsweise fest an einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder einem Gehäuse des Inverters befestigt.
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Weiterhin ist zwischen dem Gegensteckgehäuse und dem Gehäuse der elektrischen Maschine bevorzugt ein zweites elastisches Dichtelement angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Montageverfahren zur Montage einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckerverbindung in einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- - Montieren des Steckers auf einer Leiterplatte,
- - Vormontage des Gegensteckgehäuses an dem Gehäuse der elektrischen Maschine oder dem Gehäuse des Inverters,
- - Einführen des Steckers in das Gegensteckgehäuse bis ein Formschluss erreicht ist,
- - Finalisierung der Vormontage des Gegensteckgehäuses an dem Gehäuse der elektrischen Maschine oder dem Gehäuse des Inverters,
- - Einlegen des ersten elastischen Dichtelements in das Gegensteckgehäuse,
- - Einführen des Kontaktbuchsengehäuses in das Gegensteckgehäuse.
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Die Montage des Steckers auf der Leiterplatte beinhaltet das Herstellen einer entsprechenden elektrischen Verbindung (Pressfit, Löten, etc.) und das positionsfeste Montieren des Steckers auf der Leiterplatte, beispielsweise über eine Verschraubung.
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Unter einer Vormontage ist in diesem Zusammenhang eine „lockere“ Montage, wie sie beispielsweise durch lockeres Anziehen entsprechender Schrauben entsteht, zu verstehen.
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Unter einer Finalisierung der Vormontage ist in diesem Zusammenhang das Überführen der „lockeren“ Montage in eine „feste“ Montage, also beispielsweise das Festziehen der zuvor angebrachten Schrauben, zu verstehen.
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Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der elektrischen Antriebsanordnung, insbesondere der elektrischen Steckerverbindung, ist es möglich auf einfache Art und Weise eine Dichtfunktion zwischen dem Stecker und dem Gegenstecker und weiterhin zwischen dem Inverter bzw. Invertergehäuse und dem Gehäuse der elektrischen Maschine darzustellen. Zudem wird ein Toleranzausgleich und somit eine einfache Montage in X-, Y- und Z- Richtung realisiert.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Steckerverbindung.
- 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Steckers mit Kontaktstiften.
- 3 zeigt eine erste perspektivische Ansicht eines Gegensteckgehäuses (zweite Stirnseite).
- 4 zeigt eine zweite perspektivische Ansicht eines Gegensteckgehäuses (erste Stirnseite).
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kontaktbuchsengehäuses.
- 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten elastischen Dichtelements.
- 7 zeigt eine erste Detailansicht einer elektrischen Antriebsanordnung.
- 8 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittebene A-A gemäß 7.
- 9 zeigt eine zweite Detailansicht einer elektrischen Antriebsanordnung.
- 10 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang einer Schnittebene B-B gemäß 9.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In 1 bis 6 ist eine bespielhafte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckerverbindung 1 in unterschiedlichen Detailierungsgraden dargestellt. 7 bis 10 zeigen jeweils eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung 15, nämlich den Teil einer solchen elektrischen Antriebsanordnung 15 mit der erfindungsgemäßen elektrischen Steckerverbindung 1 gemäß 1 bis 6.
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Die elektrische Steckerverbindung 1 umfasst einen Stecker 3 und ein Gegensteckelement 4, wobei der Stecker 3 zum Paaren mit dem Gegensteckelement 4 ausgebildet ist (1). Der Stecker 3 ist als „männlicher“ Teil der Steckerverbindung 1 zu verstehen und umfasst mehrere, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zehn, rund ausgeführte Kontaktstifte 2 (1, 2). Das Gegensteckelement 4 ist als „weiblicher“ Teil der Steckerverbindung 1 zu verstehen und umfasst ein Gegensteckgehäuse 5 und ein Kontaktbuchsengehäuse 6 mit der Anzahl an Kontaktstiften 2 entsprechend vielen, also zehn, Kontaktbuchsen 7 (1, 3, 4, 5).
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Das Gegensteckgehäuse 5 weist der Anzahl an Kontaktbuchsen 7 entsprechend viele, also zehn, Durchführungen 8 auf. Weiterhin ist auf einer ersten Stirnseite 9 des Gegensteckgehäuses 5 einen Kragen 10 ausgebildet (3, 4).
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Die Außenkontur des Kontaktbuchsengehäuses 6 entspricht im Wesentlichen der Innenkontur des Kragens 10 des Gegensteckgehäuses 5. Das Kontaktbuchsengehäuse 6 ist nahezu vollständig ist dem Kragen 10 aufgenommen und zwar so, dass die Durchführungen 8 und die Kontaktbuchsen 7 jeweils vertikal wie auch horizontal überlappen (Fig, 1, 5).
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Die Durchführungen 8 weisen auf einer von dem Kragen 10 abgewandten zweiten Stirnseite 11 des Gegensteckgehäuses 5 jeweils eine Einführschräge 12 auf (3).
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Zwischen dem Gegensteckgehäuse 5 und dem Kontaktbuchsengehäuse 6 ist ein erstes elastisches Dichtelement 13 angeordnet. Das erste elastische Dichtelement 13 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig ausgeführt. Das erste elastische Dichtelement 13 ist plattenartig ausgebildet und weist ebenso wie das Kontaktbuchsengehäuse 6 im Wesentlichen eine Außenkontur auf, die der Innenkontur des Kragens 10 entspricht. Das erste elastische Dichtelement 13 weist weiterhin der Anzahl an Kontaktbuchsen 7 entsprechend viele, also zehn, Öffnungen 18 auf die mit den Durchführungen 8 sowie den Kontaktbuchsen 7 fluchten (6).
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Der Stecker 3 weist eine Haltekomponente 14 auf, in der die Kontaktstifte 2 positionsfest, also ortsfest, aufgenommen sind, wobei die Kontaktstifte 2 auf beiden Stirnseiten der Haltekomponente 14 hervorstehen (2). Die Haltekomponente 14 wird durch ein teilweises Umspritzen der Kontaktstifte 2 hergestellt.
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Die elektrische Antriebsanordnung 15 umfasst einen Inverter (nicht dargestellt), eine elektrische Maschine (nicht dargestellt) und zumindest eine elektrische Steckerverbindung 1 (7 - 10). Über die elektrische Steckerverbindung 1 kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine hergestellt werden.
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Der Stecker 3 ist über die Haltekomponente 14 fest in oder an dem Inverter, hier an einer Leiterplatte 19 des Inverters, die im Inneren eines Gehäuses des Inversters angeordnet ist, befestigt und das Gegensteckgehäuse 5 ist fest an einem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine befestigt (7 - 10).
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Die Kontaktstifte 2 sind in die Leiterplatte 19 eingepresst und die Haltekomponente 14 des Steckers 3 ist mit der Leiterplatte 19 verschraubt. Das Gegensteckgehäuse 5 wird im Montageverfahren in Steckrichtung (vertikal) über die Einführschrägen 12 an den Kontaktstiften 2 positioniert. Durch die Länge der Kontaktstifte 2 ergibt sich ein Toleranzausgleich in Z-Richtung (7 - 10).
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Das Gegensteckgehäuse 5 ist mit dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine verschraubt. Zwischen dem Gegensteckgehäuse 5 und dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine, genauer der Außenseite des Gehäuses 16 der elektrischen Maschine, ist ein zweites elastisches Dichtelement 17 angeordnet. Das Gehäuse 16 der elektrischen Maschine weist eine Öffnung zur Aufnahme des Kragens 10 des Gegensteckgehäuses 5 auf (7 - 10).
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Das Montageverfahren zur Montage der elektrischen Steckerverbindung 1 in der elektrischen Antriebsanordnung 15 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zumindest die folgenden Schritte:
- - Montieren des Steckers 3 auf einer Leiterplatte 19 des Inverters,
- - Vormontage des Gegensteckgehäuses 5 an dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine,
- - Einführen des Steckers 3 in das Gegensteckgehäuse 5 bis ein Formschluss erreicht ist,
- - Finalisierung der Vormontage des Gegensteckgehäuses 5 an dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine,
- - Einlegen des ersten elastischen Dichtelements 13 in das Gegensteckgehäuse 5,
- - Einführen des Kontaktbuchsengehäuses 6 in das Gegensteckgehäuse 5.
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Die Montage des Steckers 3 auf der Leiterplatte 19 des Inverters beinhaltet das Herstellen einer entsprechenden elektrischen Verbindung (Pressfit, Löten, etc.) zwischen der Leiterplatte 19 und den Kontaktstiften 2 und das positionsfeste Montieren des Steckers 3 auf der Leiterplatte 19 und zwar über eine Verschraubung.
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Bei der Vormontage des Gegensteckgehäuses 5 an dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine wird das Gegensteckgehäuse 5 lediglich „locker“ mit dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine verschraubt.
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Bei der Finalisierung der Vormontage wird die Verschraubung zwischen dem Gegensteckgehäuse 5 und dem Gehäuse 16 der elektrischen Maschine festgezogen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Steckerverbindung
- 2
- Kontaktstifte
- 3
- Stecker
- 4
- Gegensteckelement
- 5
- Gegensteckgehäuse
- 6
- Kontaktbuchsengehäuse
- 7
- Kontaktbuchse
- 8
- Durchführung
- 9
- Erste Stirnseite
- 10
- Kragen
- 11
- Zweite Stirnseite
- 12
- Einführschräge
- 13
- Erstes elastisches Dichtelement
- 14
- Haltekomponente
- 15
- Elektrische Antriebskomponente
- 16
- Gehäuse (der elektrischen Maschine)
- 17
- Zweites elastisches Dichtelement
- 18
- Öffnung (des ersten elastischen Dichtelements)
- 19
- Leiterplatte (des Inverters)
