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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Ladevorrichtung mit einem Kontaktgehäuse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Ladevorrichtung.
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Stand der Technik
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Rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge oder Plug-In-Hybridfahrzeuge weisen üblicherweise eine Ladedose auf, mit welcher ein Ladestecker zum elektrisch Aufladen einer Batterie des Fahrzeugs verbunden werden kann. Die Ladedosen umfassen ein Kontaktgehäuse aus Kunststoff. Das Kontaktgehäuse umfasst eine Vielzahl von Aufnahmeöffnungen. In den Aufnahmeöffnungen sind elektrische Kontaktpins, welche mit Kontaktbuchsen des Ladesteckers beim Aufladen der Batterie elektrisch kontaktiert werden, hindurchgeführt. Die Kontaktpins können in den Aufnahmeöffnungen eingeclipst, eingedrückt oder eingepresst werden. Dabei ist jedoch die Dichtigkeit der Kontaktpins in dem Bereich der Aufnahmeöffnungen nicht gewährleistet.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine optimale Dichtigkeit elektrischer Kontaktelemente bei einer vereinfachten Herstellung einer Ladevorrichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Ladevorrichtung mit einem Kontaktgehäuse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfassend ein Einlegen eines elektrischen Kontaktelements in eine erste Werkzeughälfte zur Herstellung des Kontaktgehäuses und ein Schließen der ersten Werkzeughälfte mit einer zweiten Werkzeughälfte und bilden einer Kavität. Anschließend erfolgt ein Einspritzen eines Spritzgussmaterials in die Kavität zur Herstellung des Kontaktgehäuses und Ausführen eines lokalen Prägehubs des eingespritzten Spritzgussmaterials in einem Bereich des elektrischen Kontaktelements innerhalb der Kavität zur Integration des elektrischen Kontaktelements in das Kontaktgehäuse.
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Die Ladevorrichtung kann eine Ladedose oder ein Ladestecker sein. Die Ladevorrichtung dient zum Aufladen einer Hochvolt-Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Unter einem elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug verstanden werden. Das elektrische Kontaktelement kann ein Kontaktpin oder eine Kontaktbuchse sein. Das elektrische Kontaktelement umfasst einen Kontaktbereich. In dem Kontaktbereich ist das elektrische Kontaktelement mit einem dazu korrespondierenden Kontaktelement elektrisch kontaktierbar.
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Beispielsweise können eine Mehrzahl von Kontaktpins als elektrische Kontaktelemente in der Ladedose angeordnet sein. In einem Ladestecker können eine Mehrzahl von Kontaktbuchsen als korrespondierende Kontaktelemente angeordnet sein. Das elektrische Kontaktelement kann in einer Ausführungsform einen runden oder eckigen Querschnitt umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das elektrische Kontaktelement einen runden und einen eckigen Querschnitt umfassen. Beispielsweise kann der Kontaktbereich des elektrischen Kontaktelements einen runden Querschnitt umfassen, während das elektrische Kontaktelement in dem Bereich der Kavität einen eckigen Querschnitt umfassen kann. Unter einem elektrischen Kontaktelement wird ein elektrisches Kontaktelement zur elektrischen Stromversorgung oder ein elektrisches Kontaktelement zur Kommunikation verstanden.
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Das elektrische Kontaktelement wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in eine erste Werkzeughälfte eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt. In einer Ausführungsform können eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktelementen in die erste Werkzeughälfte eingelegt werden. Das Einlegen kann beispielsweise mittels eines automatisierten Greifers oder manuell erfolgen. Es kann eine Vielzahl von elektrischen Kontaktelementen in die erste Werkzeughälfte eingelegt werden.
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Die erste Werkzeughälfte wird anschließend mit einer zweiten Werkzeughälfte geschlossen und es wird eine Kavität zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte gebildet. Die erste Werkzeughälfte und die zweite Werkzeughälfte bilden gemeinsam ein Spritzgusswerkzeug. Das elektrische Kontaktelement wird derart in der ersten Werkzeughälfte eingelegt, dass das elektrische Kontaktelement in einem Bereich, in dem das Kontaktgehäuse hergestellt werden soll, in der Kavität angeordnet ist. Die Kavität bildet die äußere Form, Abmessungen und Oberflächenstruktur eines Kontaktgehäuses ab.
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Anschließend erfolgt das Einspritzen des Spritzgussmaterials in die Kavität. Während dem Einspritzen wird das Spritzgussmaterial unter Druck in die Kavität eingespritzt und das Kontaktgehäuse wird hergestellt. Direkt nach dem Einspritzen oder gleichzeitig zum Einspritzen wird durch einen Prägestempel ein lokaler Prägehub in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements ausgeführt. Während des Prägehubs wird eine Kraft durch den Prägestempel lokal in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements auf das Spritzgussmaterial ausgeübt. Dadurch wird das Spritzgussmaterial lokal in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements verdichtet. Durch die lokale Verdichtung besteht zwischen dem elektrischen Kontaktelement und dem Kontaktgehäuse in dem Bereich der lokalen Verdichtung eine formschlüssige Verbindung.
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Es werden somit keine zusätzlichen Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben oder Clips, benötigt um das elektrische Kontaktelement an dem Kontaktgehäuse zu befestigen, da das Kontaktgehäuse direkt um das elektrische Kontaktelement umspritzt und damit hergestellt wird. Ebenfalls sind auch keine Dichtelemente, wie beispielsweise Dichtlippen, nötig um das elektrische Kontaktelement abzudichten, denn durch den lokalen Prägehub wird das Spritzgussmaterial in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements zusätzlich verdichtet.
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Nach einem Aushärten des Spritzgussmaterials erfolgt ein Entformen, das heißt ein Öffnen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte. Abschließend kann das Kontaktgehäuse mit dem integrierten elektrischen Kontaktelement aus dem Spritzgusswerkzeug entnommen werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Bereitstellen des elektrischen Kontaktelements ein Einbringen mindestens einer Hinterschneidung an dem elektrischen Kontaktelement in dem Bereich der Kavität.
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Das Einbringen der Hinterschneidung kann mittels Fräsen erfolgen. Die Hinterschneidung kann ein oder mehrere Rillen umfassen. Die Hinterschneidung wird an dem elektrischen Kontaktelement in dem Bereich der Kavität, das heißt in dem Bereich, in welchem der lokale Prägehub ausgeführt wird, eingebracht. Mittels der Hinterschneidung wird die Oberfläche des elektrischen Kontaktelements in dem Bereich der Kavität vergrößert, wodurch eine bessere formschlüssige Verbindung des Spritzgussmaterials mit dem elektrischen Kontaktelement entsteht und somit eine bessere Dichtung des elektrischen Kontaktelements gegenüber dem Kontaktgehäuse gewährleistet ist.
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In einer Ausführungsform wird eine zum Ausführen des Prägehubs benötigte Kraft des eingespritzten Spritzgussmaterials abhängig von dem Material des eingespritzten Spritzgussmaterials wird. Das Spritzgussmaterial, mit welchem das Kontaktgehäuse hergestellt wird, sollte sowohl elektrisch isolierend sein, als auch eine gute Festigkeit aufweisen. Je nach Viskosität und Dichte des Spritzgussmaterials wird eine entsprechende Kraft zum Ausführen des Prägehubs benötigt, um ein entsprechendes lokales Verdichten in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements zu erreichen.
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In einer Ausführungsform wird eine zum Ausführen des Prägehubs benötigte Kraft des eingespritzten Spritzgussmaterials abhängig von einer Größe der Kavität ermittelt. Bei einer Mehrzahl von in die erste Werkzeughälfte eingelegten elektrischen Kontaktelementen kann die Größe der Kavität variieren. Die Größe der Kavität kann davon abhängig sein, wie viele elektrische Kontaktelemente die Ladevorrichtung umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Ladevorrichtung umfassend eine erste Werkzeughälfte, welche mindestens einen Prägestempel umfasst und in dem Prägestempel zumindest teilweise ein elektrisches Kontaktelement aufnehmbar ist, eine zweite Werkzeughälfte, welche eingerichtet ist, mit der ersten Werkzeughälfte eine Kavität zu bilden, wobei in die Kavität ein Spritzgussmaterial einspritzbar ist und wobei der Prägestempel innerhalb der ersten Werkzeughälfte mittels einer Antriebseinheit bewegbar angeordnet ist und ein lokaler Prägehub in einem Bereich des elektrischen Kontaktelements innerhalb der Kavität durch den Prägestempel ausführbar ist.
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Die erste Werkzeughälfte und die zweite Werkzeughälfte bilden gemeinsam ein Spritzgusswerkzeug. Die erste Werkzeughälfte umfasst einen Prägestempel. Der Prägestempel ist eingerichtet einen lokalen Prägehub in dem Bereich des elektrischen Kontaktelements auszuführen. Das elektrische Kontaktelement ist derart in dem Prägestempel angeordnet, dass der Bereich, in welchem die Kavität gebildet wird, unmittelbar aus dem Prägestempel heraus ragt. Der Prägestempel umschließt das elektrische Kontaktelement bis zu dem Bereich, in welchem die Kavität gebildet wird, vollständig. Die erste Werkzeughälfte kann eine Mehrzahl von Prägestempeln umfassen in welchen jeweils ein elektrisches Kontaktelement zumindest teilweise angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Prägestempel ein Halteelement und eine Führung der Antriebseinheit ist an dem Halteelement bewegbar angeordnet. Das Halteelement dient der Befestigung des Prägestempels an einer Führung der Antriebseinheit. Mittels der Führung kann der Prägestempel über die Antriebseinheit bewegt werden und es kann somit der Prägehub ausgeführt werden. Das Halteelement kann beispielsweise eine Schiene sein, welche an dem Prägestempel befestigt ist und in der Führung angeordnet ist. Das Halteelement kann mit der Führung formschlüssig verbunden sein. Beispielsweise kann die Führung mittels Gleitlager an dem Halteelement befestigt sein.
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Wenn der Prägehub ausgeführt werden soll, wird die Führung über die Antriebseinheit innerhalb des Halteelements bewegt. Die Bewegung der Führung führt zu einer Bewegung des Halteelements und somit auch zu einer Bewegung des Prägestempels. Der Prägestempel bewegt sich sodann in Richtung der Kavität, welche um das elektrische Kontaktelement gebildet ist und in welche ein Spritzgussmaterial eingespritzt ist. Anschließend wird der Prägehub ausgeführt, indem der Prägestempel in dem Bereich der Kavität das dort eingespritzte Spritzgussmaterial lokal verdichtet.
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Somit ist eine sehr hohe Dichtigkeit in diesem Bereich des elektrischen Kontaktelements gegenüber dem Kontaktgehäuse gewährleistet. Dadurch ist das elektrische Kontaktelement insbesondere während einem elektrischen Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs beispielsweise gegen Spritzwasser abgedichtet und es kann ein sicherer elektrischer Ladevorgang gewährleistet werden.
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In einer Ausführungsform ist die Führung keilförmig ausgebildet, sodass eine gleichmäßige Bewegung des Prägestempels realisierbar ist. Die keilförmige Form der Führung dient dazu, dass der Prägestempel gleichmäßig in die Richtung der Kavität geführt wird und den Prägehub mit gleichmäßiger Kraft ausübt. Dies sorgt dafür, dass das Spritzgussmaterial in dem Bereich der Kavität gleichmäßig verdichtet wird.
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In einer Ausführungsform ist die Antriebseinheit ein Hydraulikzylinder.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen einer Ladevorrichtung in einem Ausführungsbeispiel und
- 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Vorrichtung zum Herstellen der Ladevorrichtung in dem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Ladevorrichtung in einem Ausführungsbeispiel.
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Die Vorrichtung 100 umfasst eine erste Werkzeughälfte 101 und eine zweite Werkzeughälfte (in 1 nicht gezeigt). Die erste Werkzeughälfte 101 umfasst eine Vielzahl von Prägestempel 102. Die Prägestempel 102 sind in der ersten Werkzeughälfte 101 analog zu einer Anordnung von elektrischen Kontaktpins 103 in einem Kontaktgehäuse einer Ladevorrichtung angeordnet. In den Prägestempeln 102 sind jeweils elektrische Kontaktpins 103 eingeschoben. In diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Kontaktpins 103 rotationssymmetrisch. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Kontaktpins 103 nicht rotationssymmetrisch.
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Die Prägestempel 102 sind an einem gemeinsamen Halteelement 104 befestigt. Innerhalb des Halteelements 104 ist eine Führung 105 einer Antriebseinheit 106 bewegbar angeordnet. Die Führung 105 umfasst eine Schräge 105a.
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Bei einem Schließen der ersten Werkzeughälfte 101 mit der zweiten Werkzeughälfte wird eine Kavität um die elektrischen Kontaktpins 103 gebildet. Mittels einem Spritzgießverfahren wird in die Kavität ein Spritzgussmaterial eingespritzt und damit ein einstückiges Kontaktgehäuse um die elektrischen Kontaktpins 103 hergestellt. Zusätzlich wird in dem Bereich der Kavität um die jeweiligen Kontaktpins 103 mittels der Prägestempel 102 ein Prägehub durchgeführt. Durch die Antriebseinheit 106 wird die Führung 105 bewegt und über das Halteelement 104 bewegen sich damit auch die Prägestempel 102 in Richtung der Kavität. Bei dem Prägehub wird das in die Kavität eingespritzte Spritzgussmaterial lokal in dem Bereich der elektrischen Kontaktpins 103 verdichtet. Dadurch wird eine gute Dichtigkeit der elektrischen Kontaktpins 103 gegenüber dem Kontaktgehäuse hergestellt.
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Dadurch, dass die Führung 105 die Schräge 105a umfasst, können die Prägestempel 102 gleichmäßig in Richtung der Kavität bewegt werden und es erfolgt somit ein gleichmäßiges, lokales Verdichten, sodass an allen elektrischen Kontaktpins 103 dieselbe Dichtigkeit gewährleistet ist.
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Die 2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Vorrichtung zum Herstellen der Ladevorrichtung in dem Ausführungsbeispiel.
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In dem Ausführungsbeispiel umfassen die elektrischen Kontaktpins 103 jeweils eine Hinterschneidung 103a in dem Bereich der Kavität 107, in welcher das Spritzgussmaterial 108 mittels der Prägestempel 102 lokal verdichtet wird. Die Hinterschneidung 103a umfassen in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Rillen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Hinterschneidung 103a eine einzelne oder eine Mehrzahl von Rillen umfassen. Durch die Hinterschneidung 103a wird die Oberfläche der elektrischen Kontaktpins 103 in dem Bereich der Kavität 107 vergrößert. Dadurch entsteht eine bessere formschlüssige Verbindung zwischen den jeweiligen elektrischen Kontaktpins 103 und dem Spritzgussmaterial 108 während dem Aushärten des Spritzgussmaterials 108 und die Dichtigkeit der elektrischen Kontaktpins 103 gegenüber dem Kontaktgehäuse wird dadurch erhöht. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die elektrischen Kontaktpins 103 keine Hinterschneidung 103a. Die elektrischen Kontaktpins 103 können mit dem einstückig hergestellten Kontaktgehäuse als eine Ladevorrichtung in ein elektrisch betriebenes Fahrzeug eingesetzt werden und als Ladeschnittstelle zum elektrischen Laden einer Fahrzeugbatterie des elektrisch betriebenen Fahrzeugs dienen. Die elektrischen Kontaktpins 103 sind mit einem Ladestecker einer korrespondierenden Ladevorrichtung, beispielsweise einer Wallbox oder Ladesäule, elektrisch verbindbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 101
- erste Werkzeughälfte
- 102
- Prägestempel
- 103
- Kontaktpins
- 103a
- Hinterschneidung
- 104
- Halteelement
- 105
- Führung
- 105a
- Schräge
- 106
- Antriebseinheit
- 107
- Kavität
- 108
- Spritzgussmaterial
