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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.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung, insbesondere eine Hochvolt-Steckverbindung, anzugeben, die einen hohen Toleranzausgleich ermöglicht und zugleich besonders robust gegenüber Schwingungen und Vibrationen 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 über ein ring- oder hülsenförmiges Elastomerteil, das den Kontaktpin abschnittsweise umgibt, gegenüber einer die Kontaktbuchse umgebenden weiteren Buchse und/oder einem Gehäuseteil federnd gelagert. Die Funktionen Kontaktierung und Lagerung des Kontaktpins werden somit getrennt bzw. über getrennte Bauteile realisiert. Die Bauteile können somit hinsichtlich ihrer jeweiligen Funktion optimiert werden, insbesondere können unterschiedliche Materialien verwendet werden.
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Das Elastomermaterial des Elastomerteils ist elastisch verformbar, so dass hierüber in einfacher Weise eine federnde Lagerung des Kontaktpins erzielbar ist, die eine Kipp- oder Taumelbewegung des Kontaktpins zur Schaffung eines Toleranzausgleichs zulässt. Über das zur federnden Lagerung eingesetzte Elastomerteil wird zugleich eine Dämpfungswirkung erzielt, die Schwingungen und Vibrationen dämpft bzw. ausgleicht. Auf diese Weise wird eine besonders robuste Steckverbindung geschaffen. Das Elastomermaterial des Elastomerteils ist zudem elektrisch nicht leitend, so dass der Kontaktpin über das ring- oder hülsenförmige Elastomerteil gegenüber der Buchse und/oder das Gehäuseteil elektrisch isoliert wird.
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Vorteilhafterweise wird die Kontaktbuchse beim Einstecken des Kontaktpins zumindest bereichsweise elastisch verformt, wobei die Kontaktbuchse gegen den Kontaktpin radial vorgespannt wird. Auf diese Weise kann die Robustheit der Steckverbindung weiter erhöht werden, da der Kontaktpin zusätzlich in der Kontaktbuchse gehalten ist. Die radiale Vorspannung muss jedoch weiterhin eine Kipp- oder Taumelbewegung des Kontaktpins zulassen.
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Bevorzugt ist die Kontaktbuchse - im Unterschied zum Elastomerteil - aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, so dass beim Einstecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse eine elektrische Kontaktierung unmittelbar zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse hergestellt wird.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse mittelbar über ein elastisch verformbares, ringförmiges Kontaktelement hergestellt wird. Mit Hilfe des elastisch verformbaren, ringförmigen Kontaktelements kann die Robustheit der Steckverbindung nochmals gesteigert werden, da der Kontaktbereich vergrößert wird. Vorzugsweise ist das Kontaktelement in die weitere Buchse integriert, welche die Kontaktbuchse umgibt, und gegen Herausziehen gesichert. Das Kontaktelement verbleibt demnach beim Ein- und Ausstecken des Kontaktpins in der Kontaktbuchse, so dass es nicht verloren gehen kann. Dies setzt jedoch voraus, dass die Lage des Kontaktelements innerhalb der Buchse gesichert ist. Die Lagesicherung bzw. die Sicherung gegen Herausziehen kann beispielsweise durch einen in die Buchse eingesetzten, vorzugsweise eingepressten, weiteren Ring bewirkt werden.
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Vorzugsweise sind die Kontaktbuchse, das Kontaktelement und der Ring in dieser Reihenfolge hintereinanderliegend in der Buchse angeordnet, so dass die Lage des Kontaktelements in axialer Richtung einerseits durch die Kontaktbuchse und andererseits durch den Ring gesichert ist. In radialer Richtung wird eine Lagesicherung über die Buchse bewirkt. Die Buchse ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material gefertigt, um die Kontaktbuchse und das Kontaktelement gegenüber angrenzende Bauteile elektrisch zu isolieren.
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Als elastisch verformbares, ringförmiges Kontaktelement wird vorzugsweise eine zu einem Ring gebogene Schraubenfeder verwendet. Das Kontaktelement kann auf diese Weise besonders kostengünstig hergestellt werden. Zudem ist gewährleistet, dass das Kontaktelement elektrisch leitend sowie elastisch verformbar ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Kontaktpin an seinen beiden Enden jeweils in eine Kontaktbuchse eingesteckt und/oder über ein ring- oder hülsenförmiges Elastomerteil federnd gelagert wird. Das heißt, dass der Kontaktpin an seinen beiden Enden jeweils über eine Kontaktbuchse und/oder ein zusätzliches Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist. An beiden Enden des Kontaktpins wird demnach eine erfindungsgemäße Steckverbindung realisiert. Zur federnden Lagerung des Kontaktpins kann dabei ein einziges ring- oder hülsenförmiges Elastomerteil verwendet werden, das in diesem Fall im Wesentlichen mittig in Bezug auf den Kontaktpin angeordnet wird. Des Weiteren bevorzugt ist das Elastomerteil an den Kontaktpin angespritzt oder auf den Kontaktpin aufgesetzt, insbesondere aufgepresst, so dass das Elastomerteil in Bezug auf den Kontaktpin lagefixiert ist.
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Die darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Steckverbindung, insbesondere Hochvolt-Steckverbindung, umfasst:
- - einen Kontaktpin,
- - mindestens eine Kontaktbuchse, in die ein Endabschnitt des Kontaktpins aufgenommen ist, und
- - mindestens ein ring- oder hülsenförmiges Elastomerteil, das den Kontaktpin abschnittsweise umgibt, so dass der Kontaktpin gegenüber einer die Kontaktbuchse umgebenden weiteren Buchse und/oder gegenüber einem Gehäuseteil federnd gelagert ist.
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Die vorgeschlagene Steckverbindung ist insbesondere nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar, so dass mit Hilfe der Steckverbindung die gleichen Vorteile erzielbar sind. Insbesondere erweist sich die vorgeschlagene Steckverbindung aufgrund der Funktionstrennung als besonders robust. Die Funktionen Kontaktierung und Lagerung des Kontaktpins werden von verschiedenen Bauteilen übernommen, so dass größere Freiheitsgrade in der Materialwahl bestehen. Die vorgeschlagene federnde Lagerung über das Elastomerteil besitzt zudem den Vorteil, dass eine Dämpfungswirkung erzielt wird, welche die Robustheit der Steckverbindung gegenüber Schwingungen und Vibrationen erhöht. Zugleich wird der Kontaktpin über das Elastomerteil elektrisch isoliert.
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Bevorzugt ist das Elastomerteil an den Kontaktpin angespritzt oder auf den Kontaktpin aufgesetzt, insbesondere aufgepresst. Auf diese Weise kann die Lage des Elastomerteils in Bezug auf den Kontaktpin gesichert werden, so dass beim Ein- oder Ausstecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse bzw. aus der Kontaktbuchse das Elastomerteil gegenüber dem Kontaktpin nicht verschoben wird.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Elastomerteil eine profilierte Außenkontur aufweist. Die profilierte Außenkontur erhöht die elastische Verformbarkeit des Elastomerteils, da das Elastomerteil nicht vollflächig an der Buchse und/oder dem Gehäuseteil anliegt. Bevorzugt bildet die profilierte Außenkontur mindestens eine umlaufende Dichtkontur, insbesondere Dichtlippe, aus. Auf diese Weise kann über das Elastomerteil zugleich eine Abdichtung der Buchse bzw. des Gehäuseteils gegenüber Medieneinflüsse erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse mittelbar über ein elastisch verformbares, ringförmiges Kontaktelement hergestellt ist. Auf diese Weise kann der Kontaktbereich vergrößert werden, so dass die Robustheit der Steckverbindung weiter steigt. Dies gilt insbesondere, wenn der Kontaktpin zur Schaffung eines Toleranzausgleichs eine Schräg- bzw. Kipplage einnimmt.
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Das elastisch verformbare, ringförmige Kontaktelement ist vorzugsweise in die weitere Buchse integriert und gegen Herausziehen gesichert, beispielsweise durch einen in die Buchse eingesetzten, vorzugsweise eingepressten, weiteren Ring. Der Ring verhindert, dass beim Herausziehen des Kontaktpins aus der Kontaktbuchse das Kontaktelement mit herausgezogen wird. In Herausziehrichtung ist daher der Ring vor dem Kontaktelement angeordnet. Auf der dem Ring abgewandten Seite kann das Kontaktelement an der Kontaktbuchse anliegen, so dass die Kontaktbuchse die Lage des Kontaktelements beim Einstecken des Kontaktpins in die Kontaktbuchse sichert. Vorteilhafterweise sind das Kontaktelement und der Ring zusammen mit der Kontaktbuchse in ein und derselben Buchse aufgenommen, so dass eine robuste und zugleich kompakte Anordnung geschaffen wird.
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Das elastisch verformbare, ringförmige Kontaktelement kann beispielsweise eine zu einem Ring gebogene Schraubenfeder sein. Ein solches Kontaktelement lässt sich kostengünstig herstellen. Zudem ist durch die Verwendung einer Schraubenfeder die elastische Verformbarkeit des Kontaktelements gewährleistet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steckverbindung,
- 2 einen schematischen Querschnitt durch die Steckverbindung der 1,
- 3 eine Schnittansicht durch einen Endabschnitt eines Kontaktpins mit Kontaktelement und
- 4 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmaschine zur Luftverdichtung in einem Brennstoffzellensystem mit Hochvolt-Anschlüssen, die als erfindungsgemäße Hochvolt-Steckverbindungen ausgeführt sind.
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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 erste Kontaktbuchse 3, in die ein erstes Ende des Kontaktpins 2 eingesteckt ist, sowie eine zweite Kontaktbuchse 3, in die ein zweites Ende des Kontaktpins 2 eingesteckt ist. Die beiden Kontaktbuchsen 3 sind jeweils von einer weiteren Buchse 5 umgeben, die aus einem elektrisch nicht leitenden Material gefertigt ist. Innerhalb der beiden weiteren Buchsen 5 sind jeweils ein ringförmiges Kontaktelement 7 sowie ein Ring 8 aufgenommen. Das ringförmige Kontaktelement 7 dient der elektrischen Kontaktierung des Kontaktpins 2 und vergrößert damit den Kontaktbereich zwischen dem Kontaktpin 2 und der jeweiligen Kontaktbuchse 3. Wie beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt, kann es sich bei dem Kontaktelement 7 insbesondere um eine zu einem Ring geborene Schraubenfeder handeln. Der Ring 8 dient der Lagesicherung des Kontaktelements 7 innerhalb der Buchse 5.
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Der Kontaktpin 2 der Steckverbindung 1 der 1 ist von einem hülsenförmigen Elastomerteil 4 umgeben, über welches der Kontaktpin 2 federnd gelagert ist. Zugleich wird der Kontaktpin 2 über das Elastomerteil 4 elektrisch isoliert. Das Elastomerteil 4 weist eine profilierte Außenkontur 9 auf, welche umlaufende Dichtkonturen 10 in Form von Dichtlippen ausbildet, die an Gehäuseteilen 6 anliegen. Über das Elastomerteil 4 wird demnach zugleich eine Abdichtung der Gehäuseteile 6 erreicht.
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Die dargestellte Steckverbindung 1 kann beispielsweise dem elektrischen Anschluss einer Strömungsmaschine 11 zur Luftverdichtung in einem Brennstoffzellensystem (nicht dargestellt) dienen. Eine derartige Strömungsmaschine 11 ist beispielhaft in der 4 dargestellt. An einem Stator 12 der Strömungsmaschine 11 ist ein Kabelabgang 13 angeordnet, dessen Kabel 14 jeweils über eine erfindungsgemäße Steckverbindung 1 mit dem Stator 12 verbunden sind.
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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]
