-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Nutzfahrzeuge, insbesondere der Hochvoltstecker zur elektrischen Energieversorgung eines zumindest teilweise elektrifizierten Nutzfahrzeugs.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
In heutigen Nutzfahrzeugen werden oft hohe Ströme übertragen, um das Nutzfahrzeug selbst oder eine an diesem angebrachte Arbeitseinrichtung (etwa eine Drehleiter) anzutreiben. Hierzu werden Hochvoltstecker eingesetzt, die typischerweise ein Kabelteil zum Aufnehmen eines Hochvoltkabels und ein Kontaktteil zum Aufnehmen eines Kontaktstiftes umfassen. Das Hochvoltkabel ist beispielsweise an eine Batterie angeschlossen, wobei der Kontaktstift beispielsweise an einen DC/AC-Wechselrichter (Inverter) angeschlossen ist. Um eine Stromübertragung zu gewährleisten, ist essentiell, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Hochvoltkabel und dem Kontaktstift sichergestellt ist. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hochvoltstecker bekannt. Bei diesen bekannten Hochvoltsteckern ist jedoch der elektrische Kontakt nur bedingt zuverlässig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die mechanische Verbindung zwischen dem Hochvoltkabel und dem Kontaktstift unzureichend hergestellt ist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Hochvoltstecker bereitzustellen, der einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Hochvoltkabel und dem Kontaktstift gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hochvoltkabel sowie ein Nutzfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
-
Der Hochvoltstecker dient zur Anwendung in einem Nutzfahrzeug, insbesondere einem zumindest teilweise elektrifizierten Nutzfahrzeug, um hohe Ströme zu leiten. Der Hochvoltkabel ist zweiteilig ausgebildet und umfasst ein Kabelteil zum Aufnehmen eines Hochvoltkabels und ein Kontaktteil zum Aufnehmen eines Kontaktstiftes. Das Kabelteil ist typischerweise an eine Batterie angeschlossen, wobei der Kontaktstift typischerweise an einen DC/AC-Wechselrichter angeschlossen ist. Das Kabelteil weist ein Kabelteilgehäuse und eine am Kabelteilgehäuse um eine Wähldrehachse drehbar gelagerte Wähleinrichtung auf. Durch Drehen der Wähleinrichtung lässt sich eine im Kabelteilgehäuse angeordnete Stahlklammer gegen ein sich in das Kabelteilgehäuse erstreckendes Einsteckelement des Kontaktstiftes pressen.
-
Die Wähleinrichtung umfasst vorzugsweise einen außerhalb des Kabelteilgehäuses gelagerten Wählhebel und eine innerhalb des Kabelteilgehäuses gelagerte Wählscheibe. Der Wählhebel und die Wählscheibe sind weiter vorzugsweise um die Wähldrehachse koaxial drehbar. Durch Betätigen des Wählhebels kann die Wählscheibe gedreht werden. Die Wähleinrichtung weist vorzugsweise eine Verbindungsstange auf, die an einem von der Wähldrehachse abgewandten Ende der Wählscheibe drehbar fixiert ist. Auf diese Weise bewirkt das Drehen des Wählhebels eine zumindest teilweise longitudinale Bewegung der Verbindungsstange.
-
Das Einsteckelement ist in einer im Kabelteilgehäuse ausgebildeten Kontaktbuchse mit einer konischen Kontaktfläche aufgenommen. Vorzugsweise ist das Einsteckelement in der Kontaktbuchse formschlüssig aufgenommen. Hierzu weist das Einsteckelement ein ebenfalls konisches Kontaktprofil auf, welches mit der konischen Kontaktfläche passend in Eingriff gebracht werden kann.
-
Die Kontaktbuchse weist vorzugsweise zwei Bühnen zum Abstützen einer Fixierklammer auf. Die Kontaktbuchse ist zwischen den Bühnen ausgebildet. Im Kabelteilgehäuse ist ferner vorzugsweise eine Fixierklammer angeordnet. Die Fixierklammer weist eine Klammerfeder und zwei seitlich der Klammerfeder angeordnete Seitenfedern auf. Wenn die Fixierklammer im Kabelteilgehäuse eingesetzt ist, drücken die Seitenfedern gegen die Bühnen der Kontaktbuchse.
-
Die Fixierklammer weist auf einer dem Einsteckelement zugewandten Seite eine Erhebung auf. Die Erhebung kann in eine auf einer der Fixierklammer zugewandten Seite des Einsteckelementes ausgebildete Ausnehmung eingreifen. Auf diese Weise kann ein elektrischer Kontakt zwischen der Fixierklammer und dem Kontaktstift hergestellt werden. Die Erhebung ist in einem ersten Zustand der Fixierklammer, in dem die Wähleinrichtung in einer ersten Dreheinstellung befindlich ist, aufgrund einer Federkraft der Seitenfedern von der Ausnehmung des Einsteckelementes beabstandet. Die Erhebung greift in einem zweiten Zustand der Fixierklammer, in dem die Wähleinrichtung in einer zweiten Dreheinstellung befindlich ist, entgegen der Federkraft der Seitenfedern in die Ausnehmung ein.
-
Mittels der Wähleinrichtung lässt sich die Fixierklammer in den ersten und zweiten Zustand jeweils versetzen. Hierzu ist ein Verbindungselement unterseitig durch die Klammerfeder der Fixierklammer und seitlich durch die Verbindungsstange oberhalb der Fixierklammer gehalten. Vorzugsweise ist das Verbindungselement oberseitig durch eine Führungsfläche begrenzt. Auf diese Weise ist das Verbindungselement in einem durch die Führungsfläche, die Verbindungsstange und die Fixierklammer bzw. die Klammerfeder definierten Zwischenraum kraftschlüssig gehalten. Das Verbindungselement ist vorzugsweise mit der Verbindungsstange kraftschlüssig verbunden, sodass durch Betätigen des Wählhebels das Verbindungselement mittels der Bewegung der Verbindungsstange beweglich ist.
-
Das Verbindungselement ist vorzugsweise keilförmig, weiter vorzugsweise doppelkeilförmig ausgebildet. In einer Öffnungsposition des Wählhebels, bei der die Erhebung der Fixierklammer aus der Ausnehmung des Einsteckelements des Kontaktstiftes herausgebracht ist, beaufschlagt das doppelkeilförmige Verbindungselement mit seiner oberen Keilfläche eine Schrägfläche der Führungsfläche. Gleichzeitig beaufschlagt das doppelkeilförmige Verbindungselement mit seiner unteren Keilfläche eine Schrägfläche der Klammerfeder. In einer Schließposition des Wählhebels, bei der die Erhebung der Fixierklammer in die Ausnehmung des Einsteckelements des Kontaktstiftes eingreift, ist das Verbindungselement gegenüber der Öffnungsposition des Wählhebels weiter in der von der Verbindungsstange abgewandten Richtung verschoben. In diesem Zustand beaufschlagt das Verbindungselement mit seiner oberen Horizontalfläche eine Horizontalfläche der Führungslatte, wobei das Verbindungselement mit seiner unteren Horizontalfläche einen Spitzpunkt der Klammerfeder beaufschlagt.
-
Das Verbindungselement ist daher zwischen der Führungsfläche und der Fixierklammer kraftschlüssig gehalten. Auf diese Weise kann in der Schließposition des Fixierklammer die Erhebung kraftschlüssig, vorzugsweise auch formschlüssig, in die Ausnehmung des Einsteckelements eingebracht und dort gehalten werden. Die kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung zwischen der Erhebung der Fixierklammer und dem Einsteckelement des Kontaktstiftes dient dazu, die mechanische Verbindung zwischen dem Einsteckelement und der Kontaktbuchse zu verstärken. Hierdurch können etwaige Kontaktlücken zwischen dem Einsteckelement und der Kontaktbuchse, die etwa auf Vibrationen und thermische Eigenschaften der im Hochvoltstecker verwendeten Materialien zurückzuführen sind, wirksam vermieden werden. Auf diese Weise ist der elektrische Kontakt zwischen dem Hochvoltkabel und dem Kontaktstift zuverlässig sichergestellt.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Hochvoltsteckers gemäß einer Ausführungsform in einer Perspektivansicht, wobei der Hochvoltstecker ein Kabelteil zum Aufnehmen eines Hochvoltkabels und ein Kontaktteil mit einem Kontaktstift umfasst;
- 2 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Schnittansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil voneinander getrennt sind;
- 3 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Perspektivansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil voneinander getrennt sind;
- 4 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Schnittansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil miteinander verbunden sind, wobei sich der Kontaktstift in einem Kabelteilgehäuse des Kabelteils in einem entriegelten Zustand befindet;
- 5 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Perspektivansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil miteinander verbunden sind, wobei sich der Kontaktstift in einem Kabelteilgehäuse des Kabelteils im entriegelten Zustand befindet;
- 6 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Schnittansicht entlang einer Schnittlinie A-A in der in 5 gezeigten Darstellung;
- 7 eine schematische Darstellung der Fixierklammer in einer Perspektivansicht;
- 8 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Schnittansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil miteinander verbunden sind, wobei sich der Kontaktstift in einem Kabelteilgehäuse des Kabelteils in einem verriegelten Zustand befindet;
- 9 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Schnittansicht entlang einer Schnittlinie B-B in der in 8 gezeigten Darstellung; und
- 10 eine schematische Darstellung des Hochvoltsteckers in einer Perspektivansicht, in der das Kabelteil und das Kontaktteil miteinander verbunden sind, wobei sich der Kontaktstift in einem Kabelteilgehäuse des Kabelteils im verriegelten Zustand befindet.
-
In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hochvoltsteckers 10 in einer Perspektivansicht. Der Hochvoltstecker 10 umfasst ein Kabelteil 13 und ein Kontaktteil 15. Das Kabelteil 13 dient zum Aufnehmen eines Hochvoltkabels 12 und weist für diesen Zweck ein Kabelteilgehäuse 16 auf. Das Hochvoltkabel 12 ist beispielsweise an eine Batterie angeschlossen. Das Kontaktteil 15 dient zum Anschließen an einen Verbraucher, etwa eine E-Maschine, und weist für diesen Zweck ein Kontaktteilgehäuse 18 zum Aufnehmen eines Kontaktstiftes 14 auf. Beispielsweise ist das Kontaktteil 15 an einen zwischen der Batterie und der E-Maschine verschalteten DC/AC-Wechselrichter (Inverter) angeschlossen. Das Kabelteilgehäuse 16 und das Kontaktteilgehäuse 18 bilden ein zweiteiliges Gesamtgehäuse des Hochvoltsteckers 10. Das Gesamtgehäuse kann aus Metall, Kunststoff oder einem anderen Material mit einer vergleichbaren Festigkeit und einem vergleichbaren Gewicht hergestellt sein.
-
2 zeigt den Hochvoltstecker 10 in einer seitlichen Schnittansicht. Hier ist der innere Aufbau des Hochvoltsteckers 10 ersichtlich. Das Kabelteil 13 umfasst eine Wähleinrichtung 20, mittels derer der Kontaktstift 14 in einen verriegelten Zustand gebracht werden kann. Die Wähleinrichtung 20 umfasst einen Wählhebel 22, der außerhalb des Kabelteilgehäuses 16 um eine Wähldrehachse 26 drehbar gelagert ist. Die Wähleinrichtung 20 umfasst ferner eine ebenfalls um die Wähldrehachse 26 drehbare Wählscheibe 24. Die Wählscheibe 24 ist an einem von der Wähldrehachse 26 abgewandten Ende mit einer Verbindungsstange 28 um eine Drehachse 30 drehbar verbunden. An einem von der Drehachse 30 abgewandten Ende ist ein Bewegungselement 32 an der Verbindungsstange 28 anliegend bewegbar angeordnet.
-
Im Kabelteilgehäuse 16 ist am dem Kontaktteil 15 zugewandten Ende ein Innenraum zum Platzieren einer Fixierklammer 34 ausgebildet. Die Fixierklammer 34 weist eine Klammerfeder 36 und zwei Seitenfedern 48 auf. Der Aufbau der Fixierklammer 34 ist in 7 näher gezeigt. In 3 ist der Hochvoltstecker 10 aus 2 in einer Perspektivansicht gezeigt.
-
In 2 und 3 ist der Hochvoltstecker 10 in einem Zustand gezeigt, in dem das Kabelteil 13 und das Kontaktteil 15 voneinander getrennt sind. Somit ist das Einsteckelement 38 nicht durch eine im Kabelteilgehäuse 16 ausgebildete Kontaktbuchse 40 aufgenommen. In diesem Zustand ist ein am Kontaktstift 14 ausgebildetes Einsteckelement 38, das durch das Kontakteilgehäuse 18 hindurchtritt und über das Kontakteilgehäuse 18 hinaustritt, vom Kabelteil 13 getrennt. Der Wählhebel 22 ist in einer Öffnungsposition, bei der der Wählheben 22 maximal nach oben (in der gezeigten Darstellung maximal im Gegenuhrzeigersinn) gedreht ist. In diesem Zustand ist die Verbindungsstange 28 und somit auch das Bewegungselement 32 maximal nach links bewegt. Das Bewegungselement 32 weist ein doppelkeilförmiges Kopfteil auf, das mit seinen beiden einander gegenüberliegenden Keilflächen einerseits eine Schrägfläche 62 der Führungsfläche 44, andererseits die Klammerfeder 36 von oben beaufschlagt. Die Klammerfeder 36 ist in diesem Zustand minimal komprimiert und stützt sich mit den Seitenfedern 48 gegen zwei seitlich angeordnete Bühnen 46 (beziehungsweise Anlageflächen) ab, zwischen denen die konische Kontaktfläche der Kontaktbuchse 40 ausgebildet ist. Die Fixierklammer 34 weist auf ihrer Unterseite eine Erhebung 60 auf, die in dem gezeigten Zustand nicht durch eine im Einsteckelement 58 ausgebildete Ausnehmung 58 aufgenommen ist.
-
4 zeigt den Hochvoltstecker 10 schematisch in einem Zustand, in dem sich das Kabelteil 13 und das Kontaktteil 15 miteinander im Eingriff befinden. Das Einsteckelement 38 ist durch die Kontaktbuchse 40 im Kabelteilgehäuse 18 aufgenommen. Der Wählhebel 22 befindet sich in der in 2-3 bereits gezeigten Öffnungsposition, sodass die Fixierklammer 34 weiterhin in einem entriegelten Zustand befindlich ist und nicht in das Einsteckelement 38 eingreift. 5 zeigt den Hochvoltstecker 10 aus 4 in einer Perspektivansicht. In 6 ist der Hochvoltstecker 10 aus 4-5 in einer Schnittansicht entlang der in 4 angedeuteten Schnittebene A-A gezeigt. In 6 ist die konische Kontaktfläche der Kontaktbuchse 40 ersichtlich. Außerdem ist ersichtlich, dass das Einsteckelement 38 ein ebenfalls konisches Kontaktprofil aufweist, derart, dass das Einsteckelement 38 mit der Kontaktbuchse 40 formschlüssig in Eingriff kommt.
-
7 zeigt die Fixierklammer 34 in einer Perspektivansicht. Die Fixierklammer 34 umfasst eine Klammerfeder 36 und zwei Seitenfedern 48, die seitlich der Klammerfeder 36 befestigt sind. Die Klammerfeder 36 weist eine Federplatte 37 auf, die einteilig mit einem Grundkörper 39 ausgebildet ist. Bei einer von oben auf die Federplatte 37 ausgeübten Druckkraft kann die Federplatte 37 gegen den Grundkörper 39 gebogen werden. Auf diese Weise wird die Fixierklammer 34 verspannt.
-
Wenn, wie in 4 durch einen Pfeil 52 gezeigt, der Wählhebel 22 in der gezeigten Darstellung im Uhrzeigersinn gedreht wird, versetzt dies über die Wählscheibe 24 die Verbindungsstange 28 in eine longitudinale Bewegung (Pfeil 54). Hierdurch wird das Bewegungselement 32 entgegen der Rückstellkraft der Klammerfeder 36 in der von der Verbindungsstange 28 abgewandten Richtung verschoben. Aufgrund der Komprimierung der Klammerfeder 36 öffnet sich eine Lücke zwischen der Klammerfeder 36 und der Führungsfläche 44, in die das Bewegungselement 32 hineingeschoben wird. Gleichzeitig wird die Fixierklammer 34 aufgrund der Komprimierung der Klammerfeder 36 nach unten gedrückt (Pfeil 56). Somit kommt die Erhebung 60 mit der Ausnehmung 58 der Einsteckelements 38 in Eingriff und wird durch die Ausnehmung 58 umfänglich aufgenommen.
-
Hieraus entsteht ein Zustand, in dem der Kontaktstift 14 aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen der Erhebung 60 und der Ausnehmung 58 verriegelt ist. 8 zeigt den Hochvoltstecker 10 schematisch in diesem Zustand. Dort ist ersichtlich, dass der Wählhebel 22 maximal im Uhrzeigersinn gedreht ist. Somit ist die Verbindungsstange 28 und folglich auch das Bewegungselement 32 maximal nach rechts verschoben. Das Bewegungselement 32 ist zwischen der Führungsfläche 44 und der Fixierklammer 34 kraftschlüssig gehalten. Hierbei beaufschlagt das Bewegungselement 32 mit seiner horizontal ausgerichteten Oberseite eine Horizontalfläche 50 der Führungsfläche 44. Die obere Keilfläche des keilförmigen Kopfteils des Bewegungselements 32 ist aufgrund der horizontalen Verschiebung freiliegend.
-
9 zeigt eine Schnittansicht des in 8 gezeigten Hochvoltsteckers 10 entlang einer Schnittebene B-B. Hier ist ersichtlich, dass die Erhebung 60 der Fixierklammer 34 durch die Ausnehmung 58 des Einsteckelements 38 nun formschlüssig aufgenommen ist. 10 zeigt den in 8 gezeigten Hochvoltstecker 10 in einer Perspektivansicht.
-
Mittels der Verrieglung des Kontaktstifts 14 im Kabelteilgehäuse 16 ist die mechanische Verbindung zwischen dem Kabelteil 13 und dem Kontaktteil 15 des Hochvoltsteckers 10 verstärkt. Hierdurch ist ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Hochvoltkabel 12 (beziehungsweise dessen stromleitender Kabelkern, welcher durch eine Isolierung umschlossen ist) und dem Kontaktstift 14 auch bei Vibrationen und thermischen Verformungen der im Hochvoltstecker 10 verwendeten Materialien gewährleistet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Hochvoltstecker
- 12
- Hochvoltkabel
- 13
- Kabelteil
- 14
- Kontaktstift
- 15
- Kontaktteil
- 16
- Kabelteilgehäuse
- 18
- Kontaktteilgehäuse
- 20
- Wähleinrichtung
- 22
- Wählhebel
- 24
- Wählscheibe
- 26
- Wähldrehachse
- 28
- Verbindungsstange
- 30
- Drehachse
- 32
- Bewegungselement
- 34
- Fixierklammer
- 36
- Klammerfeder
- 37
- Federplatte
- 38
- Einsteckelement
- 39
- Grundkörper
- 40
- Kontaktbuchse
- 42
- Pfeil
- 44
- Führungsfläche
- 46
- Bühne
- 48
- Seitenfeder
- 50
- Horizontalfläche
- 52, 54, 56 Pfeil 58
- Ausnehmung
- 60
- Erhebung
- 62
- Schrägfläche
