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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steckverbindung, insbesondere eine Hochvolt-Steckverbindung, die nach dem Verfahren herstellbar ist. Der Begriff „Hochvolt“ wird vorliegend für Wechselspannungen über 30 V bis 1000 V und Gleichspannungen über 60 V bis 1500 V verwendet.
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Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Elektrofahrzeuge und/oder Brennstoffzellenfahrzeuge.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2017 213 093 A1 geht beispielhaft ein Steckverbindersystem für Hochstromanwendungen hervor, das einen elektrischen Steckkontakt sowie einen hierin einsteckbaren Kontaktpin umfasst. Im eingesteckten Zustand steht der Kontaktpin mit einem Lamelleneinsatz des Steckkontakts in mechanischem und elektrischem Kontakt. Der Lamelleneinsatz weist mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Lamellen auf, die nach radial innen vorgebogen sind, so dass die Lamellen radial innen den Kontaktpin und radial außen einen buchsenartigen Kontaktkörper des Steckkontakts kontaktieren. In radialer Richtung ist der Lamelleneinsatz federnd ausgebildet, so dass mit Hilfe des Lamelleneinsatzes Durchmessertoleranzen des Kontaktkörpers und/oder des Kontaktpins ausgleichbar sind. Die federnde Ausbildung des Lamelleneinsatzes sichert somit den mechanischen und elektrischen Kontakt einerseits zum Kontaktkörper, andererseits zum Kontaktpin.
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Eine weitere Steckverbindung mit federnd ausgebildeten Lamellen als Toleranzausgleichselement geht aus der
EP 3 761 455 A1 hervor. Hier bilden die Lamellen eine auf den Kontaktpin aufsteckbare Buchse aus.
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Sollen nicht nur Durchmessertoleranzen, sondern zugleich Längen- und/oder Winkeltoleranzen ausgeglichen werden, kann die Steckverbindung über einen Kontaktpin realisiert werden, der an seinen beiden Enden in jeweils eine Lamellenbuchse eingesteckt ist. Der Kontaktpin ist dann an beiden Enden über die Lamellenbuchsen federnd gelagert, so dass er durch eine Kipp- oder Taumelbewegung beim Einstecken in die Lamellenbuchsen einen optimalen Toleranzausgleich bewirken kann. Die weitere Lamellenbuchse erhöht jedoch die Komplexität der Steckverbindung und damit die Kosten.
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Die vorliegende Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, eine Steckverbindung, insbesondere eine Hochvolt-Steckverbindung, anzugeben, die ebenfalls einen hohen Toleranzausgleich ermöglicht, aber weniger komplex ist.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Steckverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung, wird ein Kontaktpin in eine Kontaktbuchse eingesteckt und eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse wird über mindestens eine in einen Radialspalt zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse angeordnete Schraubenfeder hergestellt. Die Schraubenfeder weist eine erste Kontaktfläche zur Kontaktierung des Kontaktpins und eine zweite Kontaktfläche zur Kontaktierung der Kontaktbuchse oder einer an der Kontaktbuchse anliegenden weiteren Schraubenfeder auf.
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Die elektrische Kontaktierung zwischen Kontaktpin und Kontaktbuchse wird demnach mit Hilfe einer oder mehrerer Schraubenfedern hergestellt, die im Wesentlichen koaxial zum Kontaktpin und zur Kontaktbuchse angeordnet ist bzw. sind. Die Umsetzung ist damit vergleichsweise einfach und erfordert nur wenige Bauteile. Entsprechend sinken die Kosten, während die Robustheit der Steckverbindung steigt. Zudem ist eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Steckverbindung in radialer Richtung sehr kompakt, so dass der Bauraumbedarf gering ist. Über die Anzahl und/oder Steigung der Windungen können beliebig viele Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung des Kontaktpins einerseits und der Kontaktbuchse andererseits geschaffen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Schraubenfeder mit mindestens zwei unterschiedlichen Windungsdurchmessern D1, D2 verwendet. Bei der Herstellung der Steckverbindung werden dabei Windungen mit dem Durchmesser D1 nur in Kontakt mit dem Kontaktpin und Windungen mit dem Durchmesser D2 nur in Kontakt mit der Kontaktbuchse gebracht. Das heißt, dass keine Windung der Schraubenfeder in Kontakt mit dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse steht. Auf diese Weise wird eine federnde Lagerung des Kontaktpins erzielt, die eine Taumelbewegung des Kontaktpins zulässt, so dass hierüber ein optimaler Toleranzausgleich erzielbar ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden mindestens zwei unterschiedliche Schraubenfedern verwendet, die sich hinsichtlich ihrer Windungsdurchmesser D1, D2 unterscheiden und einander kontaktieren. Bei der Herstellung der Steckverbindung wird dann die Schraubenfeder mit dem Windungsdurchmesser D1 nur in Kontakt mit dem Kontaktpin und die Schraubenfeder mit dem Windungsdurchmesser D2 nur in Kontakt mit der Kontaktbuchse gebracht. Die beiden unterschiedlichen Schraubenfedern ersetzen eine einzige Schraubenfeder mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern. Dadurch erhöht sich zwar die Anzahl der Bauteile, die Bauteile an sich sind jedoch weniger komplex. Beispielsweise können zwei einfache Schraubenfedern mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern verwendet werden, die derart ineinander gedreht sind, dass sie einander kontaktieren. Mit Hilfe der beiden Schraubenfedern kann die gleiche Wirkung wie mit der einen Schraubenfeder mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern erzielt werden. Das heißt, dass eine federnde Lagerung des Kontaktpins erzielt wird, so dass dieser durch eine Taumelbewegung einen optimalen Toleranzausgleich ermöglicht.
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Vorteilhafterweise wird beim Einstecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse die mindestens eine Schraubenfeder elastisch verformt. Dabei wird bzw. werden der Windungsdurchmesser D1 vergrößert und/oder der Windungsdurchmesser D2 verkleinert. Je nachdem, ob die Schraubenfeder auf dem Kontaktpin angeordnet und mit dem Kontaktpin in die Kontaktbuchse eingesteckt wird oder der Kontaktpin ohne Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern in die Kontaktbuchse eingesteckt wird, da diese bereits in die Kontaktbuchse eingesetzt ist bzw. sind. Durch die elastische Verformung der mindestens einen Schraubenfeder ist sichergestellt, dass die entsprechenden Windungen mit den Durchmessern D1 und D2 der mindestens einen Schraubenfeder unter einer radialen Vorspannung am Kontaktpin und/oder an der Kontaktbuchse anliegen. Die radiale Vorspannung gewährleistet einen dauerhaften Kontakt, der auch Schwingungen bzw. Vibrationen übersteht, so dass eine besonders robuste Steckverbindung geschaffen wird.
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Bevorzugt wird die mindestens eine Schraubenfeder vor dem Einstecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse eingesetzt. Weiterhin bevorzugt ist die mindestens eine Schraubenfeder integraler Bestandteil der Kontaktbuchse. Das heißt, dass zur Herstellung der Steckverbindung lediglich der Kontaktpin in die Kontaktbuchse eingesteckt werden muss. Dies erleichtert die Herstellung der Steckverbindung. Die mindestens eine Schraubenfeder wird vorzugsweise in die Kontaktbuchse eingepresst und/oder in ihrer Lage gesichert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim Herausziehen des Kontaktpins aus der Kontaktbuchse die mindestens eine Schraubenfeder nicht mit herausgezogen wird. Sofern zur Lagesicherung Sicherungsmittel verwendet werden, sollen diese eine axiale Verschiebung der Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern verhindern, aber eine elastische Verformung der Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern in radialer Richtung zulassen, damit der Kontaktpin weiterhin eine Taumelbewegung zur Schaffung eines Toleranzausgleichs ausführen kann.
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Die darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Steckverbindung, insbesondere Hochvolt-Steckverbindung, umfasst:
- - einen Kontaktpin,
- - eine Kontaktbuchse, in welcher der Kontaktpin unter Ausbildung eines Ringspalts eingesteckt ist, und
- - mindestens eine Schraubenfeder, die in dem Ringspalt angeordnet ist und zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung eine an dem Kontaktpin anliegende erste Kontaktfläche sowie eine an der Kontaktbuchse oder an einer die Kontaktbuchse kontaktierenden weiteren Schraubenfeder anliegende zweite Kontaktfläche aufweist.
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Die mindestens eine Schraubenfeder ist hierzu im Wesentlichen koaxial zum Kontaktpin und der Kontaktbuchse angeordnet.
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Die vorgeschlagene Steckverbindung ist insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung herstellbar, so dass mit Hilfe der vorgeschlagenen Steckverbindung die gleichen Vorteile erzielt werden können. Insbesondere kann eine Vereinfachung der Steckverbindung erzielt werden, die sich kostensenkend auswirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Ringspalt zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse eine Schraubenfeder angeordnet, die mindestens zwei unterschiedliche Windungsdurchmesser D1, D2 aufweist. Dabei kontaktieren die Windungen mit dem Durchmesser D1 nur den Kontaktpin und die Windungen mit dem Durchmesser D2 nur die Kontaktbuchse. Auf diese Weise wird eine federnde Lagerung des Kontaktpin erzielt, die einen hohen Toleranzausgleich ermöglicht. Denn die Windungen gleichen Durchmessers einer Schraubenfeder liegen immer nur an einem Kotaktpartner an. Die Schraubenfeder kann somit in radialer Richtung ausweichen, um eine Taumelbewegung des Kontaktpins zuzulassen. Hierzu muss lediglich eine einzige Schraubenfeder im Ringspalt zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse vorgesehen werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind im Ringspalt mindestens zwei unterschiedliche Schraubenfedern angeordnet, die sich hinsichtlich ihrer Windungsdurchmessern D1, D2 unterscheiden und einander kontaktieren. Darüber hinaus kontaktieren die Schraubenfeder mit dem Windungsdurchmesser D1 nur den Kontaktpin und die Schraubenfeder mit dem Windungsdurchmesser D2 nur die Kontaktbuchse. Das heißt, dass jede Schraubenfeder immer nur an einem Kontaktpartner anliegt, so dass der Kontaktpin über die Schraubenfedern federnd gelagert ist. Die elektrische Kontaktierung ist dabei durch den Kontakt der Schraubenfedern untereinander sichergestellt. Um den Kontakt untereinander herzustellen, sind vorzugsweise die Schraubenfedern ineinander gedreht. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Anordnung geschaffen werden, die wenig Bauraum erfordert.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Schraubenfeder integraler Bestandteil der Kontaktbuchse. Das heißt, dass zur Herstellung der Steckverbindung lediglich der Kontaktpin in die Kontaktbuchse eingesteckt und in Kontakt mit den Windungen mit dem Durchmesser D1 der mindestens einen Schraubenfeder gebracht werden muss. Vorzugsweise ist die mindestens eine Schraubenfeder in die Kontaktbuchse eingepresst und/oder in ihrer Lage gesichert. Dadurch ist sichergestellt, dass die mindestens eine Schraubenfeder beim Herausziehen des Kontaktpins nicht mit herausgezogen wird. Die Mittel zur Lagesicherung müssen derart ausgeführt und angeordnet sein, dass die mindestens eine Schraubenfeder in radialer Richtung ausweichen kann, um weiterhin eine Taumelbewegung des Kontaktpins zuzulassen, wenn dieser in der Kontaktbuchse eingesteckt ist.
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Bevorzugt liegt die mindestens eine Schraubenfeder unter einer radialen Vorspannung an dem Kontaktpin und/oder der Kontaktbuchse an. Die radiale Vorspannung gewährleistet einen dauerhaften Kontakt, der auch Schwingungen bzw. Vibrationen übersteht, so dass eine besonders robuste Steckverbindung geschaffen wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steckverbindung,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Schraubenfeder der Steckverbindung der 1 und
- 3 eine perspektivische Darstellung zweier ineinander gedrehter Schraubenfedern zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Steckverbindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steckverbindung 1 umfasst einen Kontaktpin 2 sowie eine Kontaktbuchse 3, in die der Kontaktpin 2 eingesteckt wird. In einem zwischen dem Kontaktpin 2 und der Kontaktbuchse 3 verbleibenden Ringspalt 4 ist eine Schraubenfeder 5 angeordnet, mittels welcher die notwendige elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin 2 und der Kontaktbuchse 3 herstellbar ist. Zugleich wird über die Schraubenfeder 5 eine federnde Lagerung des Kontaktpins 2 innerhalb der Kontaktbuchse 3 erreicht. Denn die Schraubenfeder 5 weist Windungen 9, 10 mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern D1, D2 auf, so dass die Windungen 9 mit dem Windungsdurchmesser D1 am Kontaktpin 2 und die Windungen 10 mit dem Windungsdurchmesser D2 an der Kontaktbuchse 3 anliegen. Die Windungen 9, 10 gleichen Durchmessers liegen demnach jeweils an nur einem Kontaktpartner an, so dass die Schraubenfeder 5 in radialer Richtung beweglich bleibt. Dies ermöglicht Taumelbewegungen des Kontaktpins 2, so dass hierüber Toleranzen optimal ausgeglichen werden können.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, welche die Schraubenfeder 5 der Ausführungsform der 1 in der Einstellung zeigt, wechseln sich Windungen 9 mit dem Durchmesser D1 und Windungen 10 mit dem Durchmesser D2 ab. Am Innendurchmesser der Windungen 9 weist die Schraubenfeder 5 Kontaktflächen 6 zur Kontaktierung des Kontaktpins 2 auf. Am Außendurchmesser der Windungen 10 weist die Schraubenfeder 5 Kontaktflächen 7 zur Kontaktierung der Kontaktbuchse 3 auf. Die Durchmesser D1 und D2 sind vorzugsweise derart bemessen, dass die Windungen 9, 10 jeweils unter einer radialen Vorspannung am jeweiligen Kontaktpartner anliegen. Auf diese Weise wird eine besonders robuste Steckverbindung geschaffen, die auch starken Vibrationen standhält.
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Anstelle der in der 2 dargestellt Schraubenfeder 5 mit unterschiedlichen Windungen 9, 10 können auch 2 Schraubenfedern 5, 8 mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern D1, D2 zur federnden Lagerung des Kontaktpins 2 verwendet werden. Eine solche Anordnung ist in der 3 dargestellt. Innerhalb einer Steckverbindung 1 hat jede Schraubenfeder 5, 8 Kontakt zu nur einem Kontaktpartner, das heißt entweder zum Kontaktpin 2 oder zur Kontaktbuchse 3. Darüber hinaus kontaktieren die beiden Schraubenfedern 5, 8 einander. Die Schraubenfedern 5, 8 sind hierzu ineinander gedreht. Die Durchmesser und Steigungen der Windungen 9, 8 der beiden Schraubenfedern 5, 8 sind derart gewählt, dass sie relativ zueinander beweglich sind, um die für den Toleranzausgleich erforderlichen Bewegungen und elastischen Verformungen zuzulassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213093 A1 [0003]
- EP 3761455 A1 [0004]
