DE102021000270A1

DE102021000270A1 - Connection arrangement for a plug connection

Info

Publication number: DE102021000270A1
Application number: DE102021000270.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schroeter
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-07-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (100) für eine Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Komponenten, insbesondere Hochvoltkomponenten eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kontaktpin (10) und mit einer Kontaktbuchse (20) zur temporären Aufnahme des Kontaktpins (10), wobei an einer Umfangsfläche (12) des Kontaktpins (10) und an einer dazu korrespondierenden innen liegenden Fläche (22) der Kontaktbuchse (20) jeweils Kontaktflächen (14, 24) ausgebildet sind. Dabei ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpin (10) und der Kontaktbuchse (20) mittels einer Relativbewegung von Kontaktpin (10) und Kontaktbuchse (20) entlang einer Kontaktierungsrichtung (30) aufeinander zu herstellbar, Der Kontaktpin (10) ist im Wesentlichen als kegelförmiger Körper und die Kontaktbuchse (20) als korrespondierender Hohlkegel ausgebildet. Die elektrische Verbindung wird durch einen flächigen Schluss der beiden Kontaktflächen (14, 24) gebildet.Die Erfindung betrifft ferner einen Buchsen-Träger (40) und einen Pin-Träger (50) für eine Verbindungsanordnung (100).The invention relates to a connection arrangement (100) for a plug-in connection for the electrical connection of components, in particular high-voltage components of an electric drive system of a motor vehicle, with a contact pin (10) and with a contact socket (20) for temporarily receiving the contact pin (10), with one Circumferential surface (12) of the contact pin (10) and on a corresponding inner surface (22) of the contact socket (20) are each contact surfaces (14, 24) are formed. An electrical connection can be made between the contact pin (10) and the contact socket (20) by means of a relative movement of the contact pin (10) and contact socket (20) towards one another along a contacting direction (30). The contact pin (10) is essentially conical Body and the contact socket (20) designed as a corresponding hollow cone. The electrical connection is formed by a flat closure of the two contact surfaces (14, 24). The invention also relates to a socket carrier (40) and a pin carrier (50) for a connection arrangement (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für eine Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Komponenten, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, sowie einen Buchsen-Träger und einen Pin-Träger für eine solche Verbindungsanordnung.The invention relates to a connection arrangement for a plug connection for the electrical connection of components, in particular an electric drive system of a motor vehicle, and a socket carrier and a pin carrier for such a connection arrangement.

Steckverbindungen, insbesondere für Hochvolt-Kontakte weisen häufig Lamellenflächen in der Buchse auf, um Kontaktierung sowie Kontaktkraft zur Verpressung zu gewährleisten. Weiterhin sind Schalenkontaktbuchsen bekannt, die dadurch eine gewisse Elastizität aufweisen und die Kontaktierungskräfte zum Pin besser einbringen sollen. Geschlitzte Pins sind ebenfalls bekannt, die beim Kontaktieren zusammengepresst werden, um eine Federkraft zu erzeugen. Allgemein nachteilig sind weitgehend undefinierte Kontaktflächen innerhalb der Buchse, da diese verformt werden und eine veränderliche Kontaktgeometrie, wechselnde Kontaktbereiche/-flächen aufweisen können, was zu lokaler Überhitzung des Steckkontaktes führen kann.Plug connections, especially for high-voltage contacts, often have lamellar surfaces in the socket to ensure contact and contact force for pressing. Shell contact sockets are also known, which as a result have a certain elasticity and are intended to better introduce the contacting forces to the pin. Slotted pins are also known, which compress when contacted to create a spring force. In general, largely undefined contact surfaces within the socket are disadvantageous, since they are deformed and can have a variable contact geometry, changing contact areas/surfaces, which can lead to local overheating of the plug contact.

Die DE 102012110232 A1 offenbart eine Verbindungsvorrichtung zur Übertragung von Hochvoltstrom im Kraftfahrzeugbereich mit einem ersten Anschlussorgan, einem zweiten Anschlussorgan, einem Abschirmgehäuseteil und Fixiermitteln. Dabei weist das erste Anschlussorgan eine Gehäuseanordnung mit einem ersten Isoliergehäuseteil mit einem ersten Kontaktorgan, das mit einem Innenleiter eines Kabels elektrisch verbunden ist, und eine Abschirmanordnung, die mit einer Schirmung des Kabels verbunden ist, auf. Die Abschirmanordnung ist über ein Abschirmteil mit dem Abschirmgehäuseteil verbunden. Das zweite Anschlussorgan weist eine zweite Gehäuseanordnung mit einem zweiten Isoliergehäuseteil mit einem zweiten Kontaktorgan, das mit einem Stromleitungsorgan verbunden ist, auf. Es ist dabei eine Schwachstromkontaktanordnung zur Herstellung eines Steuerstromkreises vorgesehen. Die Schwachstromkontaktanordnung weist ein Ringkontaktelement und zwei Federkontaktelemente auf.the DE 102012110232 A1 discloses a connection device for the transmission of high-voltage current in the motor vehicle sector with a first connection element, a second connection element, a shielding housing part and fixing means. In this case, the first connection element has a housing arrangement with a first insulating housing part with a first contact element, which is electrically connected to an inner conductor of a cable, and a shielding arrangement, which is connected to a shielding of the cable. The shielding arrangement is connected to the shielding housing part via a shielding part. The second connection element has a second housing arrangement with a second insulating housing part with a second contact element which is connected to a current-conducting element. A low-current contact arrangement is provided for producing a control circuit. The low-current contact arrangement has a ring contact element and two spring contact elements.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung für eine Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Komponenten, insbesondere Hochvoltkomponenten, zu schaffen, welche eine zuverlässige Kontaktierung mit hoher Stromtragfähigkeit gewährleistet.One object of the invention is to create a connection arrangement for a plug connection for the electrical connection of components, in particular high-voltage components, which ensures reliable contacting with a high current-carrying capacity.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Buchsen-Träger für eine solche Verbindungsanordnung zu schaffen, welcher eine zuverlässige Kontaktierung mit hoher Stromtragfähigkeit gewährleistet.A further object is to create a socket carrier for such a connection arrangement which ensures reliable contacting with a high current-carrying capacity.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Pin-Träger für eine solche Verbindungsanordnung zu schaffen, welcher eine zuverlässige Kontaktierung mit hoher Stromtragfähigkeit gewährleistet.A further object is to create a pin carrier for such a connection arrangement which ensures reliable contacting with a high current-carrying capacity.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The aforementioned objects are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung für eine Hochvolt-Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Komponenten, insbesondere zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten und/oder zur elektrischen Verbindung von Komponenten in Anwendungen, in welchen hohe elektrische Ströme fließen, wie insbesondere in elektrischen Antriebssystemen eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit wenigstens einem Kontaktpin und mit wenigstens einer Kontaktbuchse zur temporären Aufnahme des Kontaktpins, wobei an einer Umfangsfläche des wenigstens einen Kontaktpins und an einer dazu korrespondierenden innen liegenden Fläche der wenigstens einen Kontaktbuchse jeweils Kontaktflächen ausgebildet sind. Dabei ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse mittels einer Relativbewegung von Kontaktpin und Kontaktbuchse entlang einer Kontaktierungsrichtung aufeinander zu herstellbar. Der wenigstens eine Kontaktpin ist im Wesentlichen als kegelförmiger Körper ausgebildet und die wenigstens eine Kontaktbuchse ist als korrespondierender Hohlkegel ausgebildet. Die elektrische Verbindung wird durch einen flächigen Schluss der beiden Kontaktflächen gebildet.According to one aspect of the invention, a connection arrangement for a high-voltage plug connection for the electrical connection of components, in particular for the electrical connection of high-voltage components and/or for the electrical connection of components in applications in which high electrical currents flow, such as in particular in the electrical drive systems of a motor vehicle , Proposed, with at least one contact pin and at least one contact socket for temporarily receiving the contact pin, contact surfaces being formed on a peripheral surface of the at least one contact pin and on a corresponding inner surface of the at least one contact socket. In this case, an electrical connection between the contact pin and the contact socket can be produced by means of a relative movement of the contact pin and contact socket towards one another along a contacting direction. The at least one contact pin is essentially designed as a conical body and the at least one contact socket is designed as a corresponding hollow cone. The electrical connection is formed by a flat closure of the two contact surfaces.

Bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann vorteilhaft eine Erhöhung der Kontaktkräfte in der Steckverbindung zwischen Kontaktpin und Kontaktbuchse durch eine axiale Verpressung zweier stromübertragenden Kontaktflächen verbunden mit einer Zentrierung der Kontaktflächen durch eine Kegelform von Kontaktpin und Kontaktbuchse erreicht werden. Damit kann die effektive Übertragungsfläche maximal ausgenutzt und reproduzierbar bei nachfolgenden Steckvorgängen gestaltet werden. Ein lokales Abheben der Kontaktflächen und/oder eine mögliches Verbinden der Kontaktflächen mit lokaler thermischer Überlastung, einem sogenannten Verschweißen der Kontakteflächen, kann vermieden werden.In the connection arrangement according to the invention, an increase in the contact forces in the plug-in connection between contact pin and contact socket can advantageously be achieved by axial compression of two current-transmitting contact surfaces combined with centering of the contact surfaces by a conical shape of contact pin and contact socket. In this way, the effective transmission area can be used to the maximum and designed to be reproducible in subsequent plug-in processes. A local lifting of the contact surfaces and/or a possible connection of the contact surfaces with local thermal overload, a so-called welding of the contact surfaces, can be avoided.

Definierte Kontaktbereiche der Verbindungsanordnung werden durch sich kontaktierende Kegelflächen gebildet, die über einen Verriegelungsmechanismus, optional unterstützt durch Federkraft, verpresst werden können. Durch die Kegelflächen kann eine verbesserte Kontaktierung erreicht werden als durch eine Zylinderfläche, bzw. eine der Zylinderfläche ähnliche Mantelfläche in einer Kontaktbuchse. Dieses resultiert aus der selbstzentrierenden Eigenschaft einer Kegelfläche oder Kegelstumpffläche. Bei achsparallelen Flächen, wie beispielsweise einem Zylinder oder ähnlichen Flächen, kann es zu Kantenträgern bei der Stromübertragung kommen, da diese Flächen bezüglich des Kontaktpins, bzw. der Kontaktbuchse nicht ideal aufeinander abgestimmt sind.Defined contact areas of the connection arrangement are formed by contacting conical surfaces, which can be pressed using a locking mechanism, optionally supported by spring force. Improved contacting can be achieved through the conical surfaces than by a cylinder surface or a lateral surface similar to the cylinder surface in a contact socket. This results from the self-centering property of a conical or truncated cone surface. In the case of axially parallel surfaces, such as a cylinder or similar surfaces, edge carriers can occur during the current transmission, since these surfaces are not ideally matched to one another with regard to the contact pins or the contact socket.

Bei einer kegelförmigen Ausführung von Kontaktpin und Kontaktbuchse kann bei gleichem Öffungswinkel der Kegelform von Kontaktpin und Kontaktbuchse eine Passform der beiden Kontaktflächen günstig gewährleistet werden, da eine Toleranz bei flächigem Anliegen von Kontaktpin und Kontaktbuchse nur zu einer unterschiedlichen Einpresstiefe führt,. Diese unterschiedliche Einfahrstrecke des Kegelstifts des Kontaktpins in die kegelförmige Kontaktbuchse kann über einen entsprechenden Gegenhalt zwischen Kontaktpin und Kontaktbuchse oder einen Verriegelungsmechanismus mit eingeprägter Elastizität, bzw. einer federbelasteten Vorspannung gesichert werden.With a conical design of contact pin and contact socket, with the same opening angle of the conical shape of contact pin and contact socket, a good fit of the two contact surfaces can be ensured, since a tolerance when contact pin and contact socket are in contact only leads to a different press-in depth. This different retraction path of the conical pin of the contact pin into the conical contact socket can be secured by a corresponding counterhold between the contact pin and contact socket or a locking mechanism with impressed elasticity or a spring-loaded pretension.

Vorteilhaft kann eine Selbsthemmung im Kegelsitz von Kontaktpin und Kontaktbuchse vermieden werden, um ein günstiges Anliegen der beiden Kontaktflächen zu gewährleisten. Dazu kann eine Sicherung gegen Entriegeln vorteilhaft sein, da die Verbindungsanordnung nicht in beliebigen Verbaulagen selbsthaltend ist. Auch kann eine Sicherung durch die eigene Massekraft sich als nicht ausreichend darstellen.Advantageously, self-locking in the conical seat of the contact pin and contact socket can be avoided in order to ensure that the two contact surfaces fit properly. For this purpose, securing against unlocking can be advantageous since the connection arrangement is not self-retaining in any installation position. Securing by one's own inertial force can also prove to be insufficient.

Somit ist eine derartige Kegelflächenkontaktierung vorteilhaft für eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen Kontaktpin und Kontaktbuchse im Bereich der Kegelfläche. Die Verbindungsanordnung kann einfach gelöst werden, sofern die Kegelwinkel nicht selbsthemmend ausgelegt sind. Dadurch kann eine lokale Überhitzung im Kontaktpin, beispielsweise bedingt durch Kantenträger vermieden werden. Auch kann vorteilhaft durch die Kraftverhältnisse an den beiden kegelförmigen Bauteilen eine reduzierte Steckkraft beim Stecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse erreicht werden, da eine geringe Axialbewegung eine wesentliche Vergrößerung des Flächenabstands bewirkt.Thus, such a conical surface contact is advantageous for a uniform distribution of force between the contact pin and the contact socket in the area of the conical surface. The connection arrangement can be easily released if the cone angles are not designed to be self-locking. As a result, local overheating in the contact pin, caused for example by edge carriers, can be avoided. A reduced insertion force when inserting the contact pin into the contact socket can also advantageously be achieved by the force ratios on the two conical components, since a slight axial movement causes a significant increase in the surface distance.

Ein Einsatz kegelförmiger Kontaktgeometrien in vorhandene Bauräume ist vorteilhaft umsetzbar, insbesondere durch die Anwendung von Kegelstumpfformen und hinreichend kleinem Kegelwinkel.A use of conical contact geometries in existing installation spaces can be advantageously implemented, in particular through the use of truncated cone shapes and sufficiently small cone angles.

Bedingt durch die Kegelform und der damit verbundenen guten flächigen Kontaktierung sind kurze Steckwege mit verkürztem Kontaktpin und verkürztem Kontaktbuchse bei gleicher Stromtragfähigkeit günstig umsetzbar.Due to the cone shape and the good surface contact associated with it, short plug-in paths with a shortened contact pin and shortened contact socket can be implemented with the same current carrying capacity.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann ein Formschluss zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse selbsthemmungslos ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Öffnungswinkel der Kegelform des Kontaktpins typischerweise mindestens in etwa 9 Grad betragen. Der Öffnungswinkel ist von einer Materialpaarung der Kontaktbuchse und des Kontaktpins abhängig und kann auch minimal kleiner als 9 Grad sein. Durch die nicht selbsthemmende Ausbildung der beiden Kegelgeometrien von Kontaktpin und Kontaktbuchse können die beiden Kontaktflächen großflächig zur Anlage gebracht werden, wodurch sich eine günstige Stromtragfähigkeit der Verbindungsanordnung ergibt. Auch kann die Kraft beim Stecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse auf diese Weise niedrig gehalten werden. Die Verbindungsanordnung kann außerdem so selbstzentrierend ausgebildet werden.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, a positive connection between the contact pin and the contact socket can be formed without self-locking. In particular, an opening angle of the conical shape of the contact pin can typically be at least approximately 9 degrees. The opening angle depends on a material pairing of the contact socket and the contact pin and can also be a minimum of less than 9 degrees. Due to the non-self-locking design of the two conical geometries of contact pin and contact socket, the two contact surfaces can be brought into contact over a large area, resulting in a favorable current-carrying capacity of the connection arrangement. The force when inserting the contact pin into the contact socket can also be kept low in this way. The connection arrangement can also be designed to be self-centering.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann die Kontaktbuchse in einem Buchsen-Träger angeordnet sein, dessen Innenkontur zur Aufnahme der Kontaktbuchse ausgebildet ist. Insbesondere kann dessen Innenkontur einer kegelförmigen Außenkontur der Kontaktbuchse entsprechen. Auf diese Weise kann die Kegelform der Kontaktbuchse günstig ausgebildet werden, da die Kontaktbuchse beispielsweise mit relativ dünnem Mantel ausgeführt und dadurch günstig geformt werden kann. So kann die Kontaktbuchse auf einfache Weise in den Buchsen-Träger eingeführt und dauerhaft befestigt, beispielsweise geklebt werden.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, the contact socket can be arranged in a socket carrier whose inner contour is designed to accommodate the contact socket. In particular, its inner contour can correspond to a conical outer contour of the contact socket. In this way, the conical shape of the contact socket can be formed favorably, since the contact socket can be designed, for example, with a relatively thin jacket and can therefore be shaped favorably. The contact socket can thus be inserted into the socket carrier in a simple manner and permanently attached, for example glued.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein, welcher eine Verriegelung von Kontaktbuchse und Kontaktpin bei erfolgter elektrischer Verbindung bewirkt. Wenn die Kegelform von Kontaktpin und Kontaktbuchse nicht selbsthemmend ausgebildet ist, kann es günstig sein, einen Verriegelungsmechanismus vorzusehen, welcher bei in die Kontaktbuchse gestecktem Kontaktpin eine sichere und dauerhafte Verbindung von Kontaktpin und Kontaktbuchse gewährleisten kann. Dadurch wird auch vermieden, dass die Verbindung sich unabsichtlich lösen kann und vielleicht zu lokaler Erwärmung der beiden Kontaktpartner aufgrund nicht ausreichenden Kontakts führen kann.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, a locking mechanism can be provided which causes the contact socket and contact pin to be locked when the electrical connection has been made. If the conical shape of the contact pin and contact socket is not self-locking, it can be advantageous to provide a locking mechanism which can ensure a secure and permanent connection of contact pin and contact socket when the contact pin is inserted into the contact socket. This also prevents the connection from being unintentionally loosened and possibly leading to local heating of the two contact partners due to insufficient contact.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann eine Vorspanneinheit vorgesehen sein, welche eine Verspannung von Kontaktbuchse und Kontaktpin bei aktiviertem Verriegelungsmechanismus bewirkt. Insbesondere kann durch die Vorspanneinheit der Kontaktpin dauerhaft mit einer definierten Kraft gegen die Kontaktbuchse gepresst werden, wodurch die beiden Kontaktflächen ebenfalls dauerhaft und sicher aufeinander gepresst werden. So kann eine sichere Verbindung auch bei Vibrationen im Einsatzfall gewährleistet werden.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, a pretensioning unit can be provided which causes a tensioning of the contact socket and the contact pin when the locking mechanism is activated. In particular, the contact pin can be permanently pressed with a defined force against the Kon by the preload unit clock socket are pressed, whereby the two contact surfaces are also permanently and securely pressed together. In this way, a secure connection can be guaranteed even if there are vibrations during use.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung können an wenigstens einer der beiden Kontaktflächen Aussparungen oder Nuten in einer Umfangsrichtung des Kontaktpins und/oder in einer Umfangsrichtung der innenliegenden Fläche der Kontaktbuchse ausgebildet sein. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich durch einen verbesserten Schutz vor Verschmutzung der eigentlichen Kontaktflächen mittels Anbringen von Ringnuten, wo sich Partikel ansammeln können, ohne die Kontaktfläche zu verunreinigen und eine guten elektrischen Kontakt zu verhindern.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, recesses or grooves can be formed on at least one of the two contact surfaces in a circumferential direction of the contact pin and/or in a circumferential direction of the inner surface of the contact socket. An additional advantage results from improved protection against contamination of the actual contact surfaces by providing annular grooves where particles can accumulate without contaminating the contact surface and preventing good electrical contact.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung können an wenigstens einer der beiden Kontaktflächen in Kontaktierungsrichtung verlaufende Schlitze und/oder Nuten ausgebildet sein. Ein Schutz vor Verschmutzung der Kontaktflächen kann beispielsweise durch ein Schlitzen der Kontaktbuchsen erreicht werden. Sofern sich diese Schlitze bezüglich der Schwerkraftrichtung im unteren Bereich der Kontaktbuchse befinden, können die Partikel durch Schwerkraft in diese Schlitze gelangen und die eigentliche Kontaktfläche bleibt vor Verschmutzung sicher.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, slots and/or grooves running in the contacting direction can be formed on at least one of the two contact surfaces. Protection against contamination of the contact surfaces can be achieved, for example, by slitting the contact sockets. If these slits are located in the lower area of the contact socket with respect to the direction of gravity, the particles can get into these slits by gravity and the actual contact surface remains safe from contamination.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der Kontaktpin in einem Pin-Träger angeordnet sein, wobei zwischen Kontaktpin und Pin-Träger ein Toleranzausgleich vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen Kontaktbuchse und Buchsen-Träger ein Toleranzausgleich vorgesehen sein. Insbesondere, wenn die Kontaktpins und Kontaktbuchsen für die Kontaktierung mit einem mehrpoligen Stecker eingesetzt werden, kann ein Toleranzausgleich zwischen Kontaktpin und Kontaktbuchse in dem jeweiligen Gehäuse vorteilhaft vorgesehen werden. Bedingt durch die Kegelform von Kontaktpin und Kontaktbuchse können hohe Querkräfte durch die Zentrierwirkung der aufeinanderliegenden Kegelflächen auftreten. Derartige Maßnahmen zum Toleranzausgleich sind üblich. Beispielsweise kann eine sogenannte schwimmende Lagerung oder eine elastische Lagerung von Kontaktpin und Kontaktbuchse vorgesehen werden.According to an advantageous embodiment of the connection arrangement, the contact pin can be arranged in a pin carrier, with tolerance compensation being able to be provided between the contact pin and the pin carrier. As an alternative or in addition, tolerance compensation can be provided between the contact socket and the socket carrier. In particular, if the contact pins and contact sockets are used for making contact with a multi-pole plug, tolerance compensation between the contact pin and contact socket in the respective housing can advantageously be provided. Due to the conical shape of the contact pin and contact socket, high transverse forces can occur due to the centering effect of the conical surfaces lying on top of one another. Such measures to compensate for tolerances are common. For example, a so-called floating mounting or an elastic mounting of contact pin and contact socket can be provided.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Buchsen-Träger für eine Verbindungsanordnung vorgeschlagen, in welchem wenigstens eine Kontaktbuchse angeordnet ist. Eine Innenkontur ist zur Aufnahme der Kontaktbuchse ausgebildet. Insbesondere entspricht dessen Innenkontur einer kegelförmigen Außenkontur der Kontaktbuchse, wobei die Kontaktbuchse als Hohlkegel ausgebildet ist. Dabei ist an einer innen liegenden Fläche der Kontaktbuchse eine Kontaktfläche ausgebildet.According to a further aspect of the invention, a socket carrier for a connection arrangement is proposed, in which at least one contact socket is arranged. An inner contour is designed to accommodate the contact socket. In particular, its inner contour corresponds to a conical outer contour of the contact socket, with the contact socket being designed as a hollow cone. In this case, a contact surface is formed on an inner surface of the contact socket.

Der Buchsen-Träger dient vorteilhaft zur Aufnahme einer Kontaktbuchse für die oben beschriebene Verbindungsanordnung mit wenigstens einem Kontaktpin und wenigstens einer Kontaktbuchse. Der Buchsen-Träger kann auch Teil eines mehrpoligen Steckverbindungssystems für eine Hochvolt-Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, sein.The socket carrier advantageously serves to accommodate a contact socket for the connection arrangement described above with at least one contact pin and at least one contact socket. The socket carrier can also be part of a multi-pole plug-in connection system for a high-voltage plug-in connection for the electrical connection of high-voltage components, in particular an electric drive system of a motor vehicle.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Pin-Träger für eine Verbindungsanordnung vorgeschlagen, mit wenigstens einem Kontaktpin, welcher im Wesentlichen als kegelförmiger Körper ausgebildet ist. Dabei ist an einer Umfangsfläche des Kontaktpins eine Kontaktfläche ausgebildet.According to a further aspect of the invention, a pin carrier for a connection arrangement is proposed, with at least one contact pin which is designed essentially as a conical body. A contact surface is formed on a peripheral surface of the contact pin.

Der Pin-Träger dient vorteilhaft zur Aufnahme eines Kontaktpins für die oben beschriebene Verbindungsanordnung mit wenigstens einem Kontaktpin und wenigstens einer Kontaktbuchse. Der Pin-Träger kann auch Teil eines mehrpoligen Steckverbindungssystems für eine Hochvolt-Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, sein.The pin carrier advantageously serves to accommodate a contact pin for the connection arrangement described above with at least one contact pin and at least one contact socket. The pin carrier can also be part of a multi-pole plug-in connection system for a high-voltage plug-in connection for the electrical connection of high-voltage components, in particular an electric drive system of a motor vehicle.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following description of the drawings. In the drawings an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung für eine Hochvolt-Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in nicht gestecktem Zustand;
2 die Verbindungsanordnung nach 1 in gestecktem Zustand
3 eine Verbindungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Verriegelungsmechanismus; und
4 eine Verbindungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Pin-Träger eine Vorspanneinheit aufweist.

show:

1 a schematic representation of a connection arrangement for a high-voltage plug connection for the electrical connection of high-voltage components according to an exemplary embodiment of the invention in the unplugged state;
2 the connection arrangement 1 in plugged condition
3 a connection arrangement according to a further embodiment of the invention with a locking mechanism; and
4 a connection arrangement according to a further embodiment of the invention, wherein the pin carrier has a biasing unit.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung 100 für eine Hochvolt-Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in nicht gestecktem Zustand. 2 zeigt die Verbindungsanordnung 100 in gestecktem Zustand. 1 shows a schematic representation of a connection arrangement 100 for a high-voltage plug connection for the electrical connection of high-voltage components according to an exemplary embodiment of the invention in the unplugged state. 2 shows the connection arrangement 100 in the plugged-in state.

Die Verbindungsanordnung 100 weist einen Kontaktpin 10 und mit eine Kontaktbuchse 20 zur temporären Aufnahme des Kontaktpins 10 auf. An einer Umfangsfläche 12 des Kontaktpins 10 und an einer dazu korrespondierenden innen liegenden Fläche 22 der Kontaktbuchse 20 sind jeweils Kontaktflächen 14, 24 ausgebildet. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpin 10 und der Kontaktbuchse 20 kann hergestellt werden, indem Kontaktpin 10 und Kontaktbuchse 20 entlang einer Kontaktierungsrichtung 30 aufeinander zu bewegt werden, insbesondere, indem der Kontaktpin 10 in die Kontaktbuchse 20 eingeführt und gesteckt wird, was in 1 durch den Pfeil angezeigt ist.The connection arrangement 100 has a contact pin 10 and a contact socket 20 for temporarily receiving the contact pin 10 . On a peripheral surface 12 of the contact pin 10 and on a corresponding inner surface 22 of the contact socket 20, contact surfaces 14, 24 are formed. An electrical connection between the contact pin 10 and the contact socket 20 can be established by the contact pin 10 and the contact socket 20 being moved towards one another along a contacting direction 30, in particular by the contact pin 10 being inserted and plugged into the contact socket 20, which in 1 indicated by the arrow.

Erfindungsgemäß ist der Kontaktpin 10 im Wesentlichen als kegelförmiger Körper ausgebildet und die Kontaktbuchse 20 als korrespondierender Hohlkegel. Die elektrische Verbindung wird durch einen flächigen Schluss der beiden Kontaktflächen 14, 24 gebildet.According to the invention, the contact pin 10 is designed essentially as a conical body and the contact socket 20 as a corresponding hollow cone. The electrical connection is formed by a planar closure of the two contact surfaces 14, 24.

Ein Formschluss ist zwischen dem Kontaktpin 10 und der Kontaktbuchse 20 selbsthemmungslos ausgebildet. Insbesondere kann dafür ein Öffnungswinkel 32 der Kegelform des Kontaktpins 10 mindestens 9° betragen.A positive connection is formed between the contact pin 10 and the contact socket 20 without self-locking. In particular, an opening angle 32 of the conical shape of the contact pin 10 can be at least 9°.

Durch die nicht selbsthemmende Ausbildung der beiden Kegelgeometrien von Kontaktpin 10 und Kontaktbuchse 20 können die beiden Kontaktflächen 14, 24 großflächig zur Anlage gebracht werden, wodurch sich eine günstige Stromtragfähigkeit der Verbindungsanordnung 100 ergibt. Auch kann die Kraft beim Stecken des Kontaktpins 10 in die Kontaktbuchse 20 auf diese Weise niedrig gehalten werden. Die Verbindungsanordnung 100 kann außerdem so selbstzentrierend ausgebildet werden.Due to the non-self-locking design of the two conical geometries of contact pin 10 and contact socket 20, the two contact surfaces 14, 24 can be brought into contact over a large area, resulting in a favorable current-carrying capacity of the connection arrangement 100. The force when inserting the contact pin 10 into the contact socket 20 can also be kept low in this way. The connection arrangement 100 can also be designed to be self-centering.

Die Kontaktbuchse 20 ist in einem Buchsen-Träger 40 angeordnet, dessen Innenkontur 42 zur Aufnahme der Kontaktbuchse 20 ausgebildet ist. Insbesondere entspricht dessen Innenkontur 42 einer kegelförmigen Außenkontur der Kontaktbuchse 10, sodass die Kontaktbuchse 20 auf einfache Weise in den Buchsen-Träger 40 gefügt werden kann.The contact socket 20 is arranged in a socket carrier 40 whose inner contour 42 is designed to accommodate the contact socket 20 . In particular, its inner contour 42 corresponds to a conical outer contour of the contact socket 10, so that the contact socket 20 can be easily fitted into the socket carrier 40.

Auf diese Weise kann die Kegelform der Kontaktbuchse 20 günstig ausgebildet werden, da die Kontaktbuchse 20 beispielsweise mit relativ dünnem Mantel ausgeführt und dadurch günstig geformt werden kann. So kann die Kontaktbuchse 20 auf einfache Weise in den Buchsen-Träger 40 eingeführt und dauerhaft befestigt, beispielsweise geklebt werden.In this way, the conical shape of the contact socket 20 can be formed favorably, since the contact socket 20 can be designed, for example, with a relatively thin jacket and can therefore be shaped favorably. In this way, the contact socket 20 can easily be inserted into the socket carrier 40 and permanently attached, for example glued.

Der Kontaktpin 10 ist in einem Pin-Träger 50 angeordnet, welcher Teil einer mehrpoligen Steckverbindung sein kann.The contact pin 10 is arranged in a pin carrier 50, which can be part of a multi-pole plug connection.

Insbesondere, wenn mehrere Kontaktpins 10 mit mehreren Kontaktbuchsen 20 einer mehrpoligen Steckeranordnung verbunden werden sollen, kann zwischen Kontaktpin 10 und Pin-Träger 50 ein Toleranzausgleich vorgesehen sein. Auch zwischen Kontaktbuchse 20 und Buchsenträger 40 kann günstigerweise ein Toleranzausgleich vorgesehen sein.In particular, if several contact pins 10 are to be connected to several contact sockets 20 of a multi-pole plug arrangement, tolerance compensation can be provided between contact pin 10 and pin carrier 50 . Tolerance compensation can also advantageously be provided between the contact socket 20 and the socket carrier 40 .

Bedingt durch die Kegelform von Kontaktpin 10 und Kontaktbuchse 20 können hohe Querkräfte durch die Zentrierwirkung der aufeinanderliegenden Kegelflächen 12, 22 auftreten. Derartige Maßnahmen zum Toleranzausgleich sind üblich. Beispielsweise kann eine sogenannte schwimmende Lagerung oder eine elastische Lagerung von Kontaktpin 10 und Kontaktbuchse 20 vorgesehen werden.Due to the conical shape of contact pin 10 and contact socket 20, high transverse forces can occur due to the centering effect of the conical surfaces 12, 22 lying one on top of the other. Such measures to compensate for tolerances are common. For example, a so-called floating mounting or an elastic mounting of contact pin 10 and contact socket 20 can be provided.

An wenigstens einer der beiden Kontaktflächen 14, 24 können Aussparungen oder Nuten in einer Umfangsrichtung des Kontaktpins 10 und/oder in einer Umfangsrichtung der innenliegenden Fläche 22 der Kontaktbuchse 20 ausgebildet sein.Recesses or grooves can be formed on at least one of the two contact surfaces 14, 24 in a circumferential direction of the contact pin 10 and/or in a circumferential direction of the inner surface 22 of the contact socket 20.

Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich so durch einen verbesserten Schutz vor Verschmutzung der eigentlichen Kontaktflächen 14, 24 mittels Anbringen von Ringnuten, wo sich Partikel ansammeln können, ohne die Kontaktfläche 14, 24 zu verunreinigen und eine guten elektrischen Kontakt zu verhindern.An additional advantage results from improved protection against contamination of the actual contact surfaces 14, 24 by providing annular grooves where particles can accumulate without contaminating the contact surface 14, 24 and preventing good electrical contact.

Alternativ oder zusätzlich können an wenigstens einer der beiden Kontaktflächen 14, 24 in Kontaktierungsrichtung 30 verlaufende Schlitze und/oder Nuten ausgebildet sein.Alternatively or additionally, slots and/or grooves running in the contacting direction 30 can be formed on at least one of the two contact surfaces 14 , 24 .

Ein Schutz vor Verschmutzung der Kontaktflächen 14, 24 kann beispielsweise durch ein Schlitzen der Kontaktbuchsen 20 erreicht werden. Sofern sich diese Schlitze bezüglich der Schwerkraftrichtung im unteren Bereich der Kontaktbuchse 20 befinden, können die Partikel durch Schwerkraft in diese Schlitze gelangen und die eigentliche Kontaktfläche 14, 24 bleibt vor Verschmutzung sicher.Protection against contamination of the contact surfaces 14, 24 can be achieved, for example, by slitting the contact sockets 20. If these slits are located in the lower area of the contact socket 20 with respect to the direction of gravity, the particles can get into these slits by gravity and the actual contact surface 14, 24 remains safe from contamination.

Die Fertigung des kegelförmigen Kontaktpins 10 kann mit unterschiedlichen Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Pressen oder auch mechanische, bzw. spanende Bearbeitung. Die zugehörige kegelförmige Kontaktbuchse 20 kann als Massivteil gefertigt werden oder auch als Einlageteil beispielsweise aus Blech in den Buchsen-Träger 50 eingelegt werden.The production of the conical contact pin 10 can be done with different methods, for example by pressing or mechanical or machining. The related The conical contact socket 20 can be manufactured as a solid part or can also be inserted into the socket carrier 50 as an insert part, for example made of sheet metal.

3 zeigt eine Verbindungsanordnung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Verriegelungsmechanismus 16. 3 shows a connection arrangement 100 according to a further embodiment of the invention with a locking mechanism 16.

Der Verriegelungsmechanismus 16 bewirkt eine Verriegelung von Kontaktbuchse 20 und Kontaktpin 10 bei erfolgter elektrischer Verbindung, wenn der Kontaktpin 10 in die Kontaktbuchse 20 gesteckt ist. Der Verriegelungsmechanismus 16 ist rein schematisch als Verklammerung von Pin-Träger 50 und Buchsen-Träger 40 dargestellt und kann beispielsweise als Verrastung oder Verschnappung von Pin-Träger 50 und Buchsen-Träger 40 ausgeführt sein.The locking mechanism 16 causes the contact socket 20 and the contact pin 10 to be locked when the electrical connection has been established and the contact pin 10 is inserted into the contact socket 20 . The locking mechanism 16 is shown purely schematically as the clamping of pin carrier 50 and socket carrier 40 and can be designed, for example, as latching or snapping of pin carrier 50 and socket carrier 40 .

In 4 ist die Verbindungsanordnung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Pin-Träger 50 eine Vorspanneinheit 18 aufweist. Die Verbindungsanordnung 100 weist ebenfalls einen Verriegelungsmechanismus 16 auf.In 4 10 shows the connection arrangement 100 according to a further exemplary embodiment, with the pin carrier 50 having a prestressing unit 18 . The connection arrangement 100 also has a locking mechanism 16 .

Die Vorspanneinheit 18 ist vorgesehen um eine Verspannung von Kontaktbuchse 20 und Kontaktpin 10 bei aktiviertem Verriegelungsmechanismus 16 zu bewirken.The pretensioning unit 18 is provided in order to bring about a tensioning of the contact socket 20 and the contact pin 10 when the locking mechanism 16 is activated.

Bedingt durch Fertigungstoleranzen an den Kegelflächen 12, 22 können die Kontaktpins 10 unterschiedliche Endlagen in den Kontaktbuchsen 20 aufweisen. Um den Nachteil des Ablösens der Kontaktflächen 14, 24 zu vermeiden und eine weitgehend konstante Kontaktierungskraft zu erhalten, kann eine Vorspanneinheit 18 vorgesehen werden. Dadurch kann ein elastisches, beispielsweise federbelastetes Einpressen des Kontaktpins 10 in die Kontaktbuchse 20 nach der Kontaktierung und Verriegelung der Verbindungsanordnung 100 erreicht werden. Dabei können auch geringe Wegtoleranzen ausgeglichen werden, beispielsweise Wegtoleranzen im Bereich von 0,5 mm. Unterschiedliche und preiswerte Ansätze, wie beispielsweise Elastomer, Feder, Tellerfeder, Verriegelungselastizität können vorteilhaft zum Einsatz kommen. Die entsprechende Federkraft kann dabei auch im Pin-Träger 50 oder im Buchsen-Träger 40 oder beiden integriert sein.Due to manufacturing tolerances on the conical surfaces 12, 22, the contact pins 10 can have different end positions in the contact sockets 20. In order to avoid the disadvantage of the contact surfaces 14, 24 becoming detached and to obtain a largely constant contacting force, a pretensioning unit 18 can be provided. As a result, an elastic, for example spring-loaded, pressing of the contact pin 10 into the contact socket 20 can be achieved after the connection arrangement 100 has been contacted and locked. Small path tolerances can also be compensated for, for example path tolerances in the range of 0.5 mm. Different and inexpensive approaches such as elastomers, springs, plate springs, locking elasticity can be used to advantage. The corresponding spring force can also be integrated in the pin carrier 50 or in the socket carrier 40 or both.

Auf diese Weise kann nach der Kontaktierung von Kontaktpin 10 und Kontatkbuchse 20 eine gute flächige Stromübertragung über die beiden Kontaktflächen 14, 24 erreicht werden.In this way, after contacting the contact pin 10 and the contact socket 20, a good, two-dimensional current transmission can be achieved via the two contact surfaces 14, 24.

Weitere Möglichkeiten, um eine elastische Lagerung der Kontaktpins 10 und Kontaktbuchsen 20 darzustellen stellen andere Aufbauformen des Kontaktpins 10 aus beispielsweise mehreren Schichten mit einem elastischen Stiftkern und aufgesetztem elektrischem Leitermaterial, d. h. einer Trennung von mechanischem Trägerelement und elektrischem Leitermaterial, dar.Other ways to represent an elastic mounting of the contact pins 10 and contact sockets 20 are other structural forms of the contact pins 10, for example, from several layers with an elastic pin core and attached electrical conductor material, i. H. a separation of mechanical carrier element and electrical conductor material.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Kontaktpincontact pin
1212: Umfangsflächeperipheral surface
1414: Kontaktflächecontact surface
1616: Verriegelungsmechanismuslocking mechanism
1818: Vorspanneinheitbias unit
2020: Kontaktbuchsecontact socket
2222: FlächeSurface
2424: Kontaktflächecontact surface
3030: Kontaktierungsrichtungcontacting direction
3232: Öffnungswinkelopening angle
4040: Buchsen-Trägersocket carrier
4242: Innenkonturinner contour
5050: Pin-Trägerpin carrier
100100: Verbindungsanordnungconnection arrangement

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102012110232 A1 [0003]

Claims

Connection arrangement (100) for a plug connection for the electrical connection of components, in particular an electric drive system of a motor vehicle, with at least one contact pin (10) and with at least one contact socket (20) for temporarily receiving the contact pin (10), contact surfaces (14, 24) being formed on a peripheral surface (12) of the at least one contact pin (10) and on a corresponding inner surface (22) of the at least one contact socket (20), wherein an electrical connection can be made between the at least one contact pin (10) and the at least one contact socket (20) by means of a relative movement of the contact pin (10) and contact socket (20) towards one another along a contacting direction (30), wherein the at least one contact pin (10) is essentially designed as a conical body and the at least one contact socket (20) is designed as a corresponding hollow cone and the electrical connection is formed by a planar connection of the two contact surfaces (14, 24).

connection arrangement claim 1 , characterized in that a form fit between the contact pin (10) and the contact socket (20) is formed self-locking, in particular that an opening angle (32) of the conical shape of the contact pin (10) is at least approximately 9 degrees.

connection arrangement claim 1 or 2 , characterized in that the contact socket (20) is arranged in a socket carrier (40), the inner contour (42) of which is designed to accommodate the contact socket (20), in particular the inner contour (42) of a conical outer contour of the contact socket (10) is equivalent to.

Connection arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a locking mechanism (16) is provided which causes the contact socket (20) and contact pin (10) to be locked when the electrical connection has been made.

connection arrangement claim 4 , characterized in that a pretensioning unit (18) is provided, which causes a tensioning of the contact socket (20) and contact pin (10) when the locking mechanism (16) is activated.

Connection arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two contact surfaces (14, 24) has recesses or grooves in a circumferential direction of the contact pin (10) and/or in a circumferential direction of the inner surface (22) of the contact socket (20). are trained.

Connection arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that slots and/or grooves running in the contacting direction (30) are formed on at least one of the two contact surfaces (14, 24).

Connection arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pin (10) is arranged in a pin carrier (50), wherein between the contact pin (10) and pin carrier (50) a tolerance compensation is provided, and / or wherein between Contact socket (20) and socket carrier (40) is provided a tolerance compensation.

Socket carrier (40) for a connection arrangement (100) according to one of the preceding claims, in which at least one contact socket (20) is arranged, with an inner contour (42) being designed to accommodate the contact socket (20), in particular its inner contour (42 ) corresponds to a conical outer contour of the contact socket (20), the contact socket (20) being designed as a hollow cone, a contact surface (24) being formed on an inner surface (22) of the contact socket (20).

Pin carrier (50) for a connection arrangement (100) according to one of Claims 1 until 8th With at least one contact pin (10) which is essentially designed as a conical body, a contact surface (12) being designed on a peripheral surface (12) of the contact pin (10).