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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung. 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. Als nachteilig erweist sich jedoch, dass über die zweite Lamellenbuchse eine weitere Kontaktstelle geschaffen wird, die zu zusätzlichen Leistungsverlusten führt. Ferner erhöht die weitere Lamellenbuchse die Komplexität der Steckverbindung und damit die Kosten.
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Die vorliegende Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, eine einfache und robuste Steckverbindung anzugeben, die einen hohen Toleranzausgleich bei zugleich geringen Leistungsverlusten ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung, unter Verwendung eines mit einem Kabel verbundenen Kontaktpins, der in eine Kontaktbuchse eingesteckt wird. Dabei wird eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse über mindestens ein elastisch verformbares Kontaktteil hergestellt. Über einen - vorzugsweise unmittelbar - an den Kontaktpin anschließenden beweglichen Abschnitt des Kabels wird die Möglichkeit eines Toleranzausgleichs durch eine Taumelbewegung des Kontaktpins geschaffen.
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Bei der Herstellung einer Steckverbindung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird demnach der Kontaktpin einenends federnd gelagert, andernends mit einem beweglichen Ende eines Kabels verbunden. Durch die Beweglichkeit des Kabelendes bleibt auch der Kontaktpin beweglich, so dass der Kontaktpin eine Taumelbewegung ausführen kann, die einen optimalen Toleranzausgleich ermöglicht. Die vorgeschlagene beidseitige federnde Lagerung des Kontaktpins benötigt dabei einenends lediglich eine Kontaktbuchse mit mindestens einem elastisch verformbaren Kontaktteil sowie andernends eine Verbindung mit einem Kabel.
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Die Steckverbindung ist somit vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar. Zugleich ist sie sehr robust, da über eine Taumelbewegung des Kontaktpins ein Toleranzausgleich in alle Richtungen möglich ist. Das heißt, dass sowohl Durchmessertoleranzen, als auch ein Achsversatz zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse ausgleichbar sind. Ferner werden die Kontaktstellen und damit die Leistungsverluste minimiert.
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Der die Taumelbewegung des Kontaktpins ermöglichende bewegliche Abschnitt des Kabels wird durch eine freie Kabellänge L ausgebildet. Das heißt, dass das Kabel über die Kabellänge L nicht abgestützt ist, so dass sich das Kabel in diesem Abschnitt frei bewegen kann. Dies setzt voraus, dass das Kabel eine gewisse Flexibilität aufweist, wovon vorliegend ausgegangen wird. Vorzugsweise beträgt die freie Kabellänge L mindestens 3 mm, um eine ausreichende Beweglichkeit des Kabels in diesem Abschnitt zu erzielen.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Kabel über eine Kabelaufnahme, in der ein an den beweglichen Abschnitt anschließender weiterer Abschnitt des Kabels aufgenommen ist, positioniert und fixiert wird. Die Kabelaufnahme ist dabei in einem Abstand zum Kontaktpin angeordnet, der zumindest der freien Kabellänge L entspricht. Dadurch ist sichergestellt, dass der vorzugsweise unmittelbar an den Kontaktpin anschließende Abschnitt des Kabels die gewünschte Beweglichkeit aufweist. Als Kabelaufnahme kann beispielsweise eine koaxial zur Kontaktbuchse ausgerichtete Schirmbuchse dienen, über welche der Kabelabgang gerade geführt werden kann. Auf den Kontaktpin wirken somit keine durch die Kabelführung hervorgerufene Querkräfte.
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Die Verbindung zwischen dem Kabel und dem Kontaktpin wird vorzugsweise über eine Steck-, Klemm- oder Pressverbindung hergestellt. Weiterhin vorzugsweise wird dabei ein Endabschnitt des Kabels in einen buchsenartigen Endabschnitt des Kontaktpins eingesteckt, eingeklemmt oder eingepresst. Dabei ist ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Leitungen des Kabels und dem Kontaktpin herzustellen. Zur elektrischen Isolierung der Verbindung zwischen dem Kabel und dem Kontaktpin kann dieser Bereich von einem Isolator umgeben sein. Sofern der Isolator Kontakt zu anderen angrenzenden Bauteilen aufweist oder an diesen abgestützt ist, muss dieser aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt sein, um die gewünschte Taumelbewegung des Kontaktpins zuzulassen.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung, umfasst einen mit einem Kabel verbundenen Kontaktpin und eine Kontaktbuchse zur Aufnahme des Kontaktpins, wobei der Kontaktpin oder die Kontaktbuchse mindestens ein elastisch verformbares Kontaktteil ausbildet oder aufweist, mittels dessen eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse herstellbar ist. Der Kontaktpin ist dabei ferner - vorzugsweise unmittelbar - mit einem beweglichen Abschnitt des Kabels verbunden, so dass hierüber ein Toleranzausgleich durch eine Taumelbewegung des Kontaktpins realisierbar ist.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht somit die Herstellung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochvolt-Steckverbindung, nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Mit Hilfe der Vorrichtung werden somit die gleichen Vorteile erreicht. Insbesondere kann eine Steckverbindung hergestellt werden, die eine reduzierte Anzahl an Bauteilen aufweist und daher vergleichsweise kostengünstig ist. Zudem ist sie besonders robust, da ein optimaler Toleranzausgleich erzielbar ist. Da nur eine (nicht zwei) Kontaktbuchse(n) zur Herstellung der Steckverbindung benötigt wird, werden durch die verringerte Anzahl an Kontaktstellen die Leistungsverluste reduziert.
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Bevorzugt bildet eine freie Kabellänge L des Kabels den die Taumelbewegung des Kontaktpins ermöglichenden beweglichen Abschnitt aus.“ Freie Kabellänge“ bedeutet dabei, dass das Kabel über diese Länge nicht abgestützt, sondern frei beweglich ist. Dies setzt voraus, dass das Kabel eine gewisse Flexibilität aufweist, wovon vorliegend ausgegangen wird. Die freie Kabellänge L des Kabels beträgt dabei vorzugsweise mindestens 3 mm. Die Beweglichkeit des Kabels steigt mit der Länge der freien Kabellänge L. Die Beweglichkeit steigt ferner mit der Anzahl der Litzen im Kabel. Das heißt, dass das Kabel umso flexibler ist je mehr Litzen vorhanden sind.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Kabel über eine Steck-, Klemm- oder Pressverbindung mit dem Kontaktpin verbunden ist. Eine solche Verbindung lässt sich einfach herstellen und ermöglicht eine direkte Verbindung des Kabels mit dem Kontaktpin. Vorzugsweise ist ein an den beweglichen Abschnitt anschließender Endabschnitt des Kabels in einen buchsenartigen Endabschnitt des Kontaktpins aufgenommen. In diesem Fall kann in einfacher Weise zugleich eine elektrische Kontaktierung der Leitungen im Inneren des Kabels mit dem Kontaktpin hergestellt werden.
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Zur elektrischen Isolierung des Kontaktpins gegenüber angrenzenden Bauteilen kann der mit dem Kabel verbundene Endabschnitt des Kontaktpins von einem Isolator umgeben sein. Sofern der Isolator Kontakt zu einem angrenzenden Bauteil aufweist bzw. an diesem abgestützt ist, muss er aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt sein, so dass er nachgiebig ist. Andernfalls könnte der Isolator die für den Toleranzausgleich notwendige Taumelbewegung des Kontaktpins behindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kabel über eine Kabelaufnahme, in der ein an den beweglichen Abschnitt anschließender weiterer Abschnitt des Kabels aufgenommen ist, positioniert und fixiert. Die Kabelaufnahme ist dabei in einem Abstand zum Kontaktpin angeordnet, der zumindest der freien Kabellänge L entspricht.
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Als Kabelaufnahme kann beispielsweise eine Schirmbuchse dienen, die vorzugsweise koaxial zur Kontaktbuchse ausgerichtet ist, wenn der Kontaktpin in die Kontaktbuchse eingesteckt ist. Auf diese Weise wird ein gerader Kabelabgang geschaffen, der verhindert, dass über die Kabelführung Querkräfte auf den Kontaktpin übertragen werden. Der Kontaktpin bleibt somit über den beweglichen Abschnitt des Kabels in alle Richtungen beweglich.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kontaktbuchse als Lamellenbuchse ausgeführt ist oder eine Lamellenbuchse umfasst, wobei die Lamellenbuchse mehrere Lamellen als elastisch verformbare Kontaktteile aufweist. Der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse wird in diesem Fall über die Lamellen der Lamellenbuchse hergestellt. Diese sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie beim Einführen des Kontaktpins in die Kontaktbuchse radial auseinandergedrückt werden, so dass die Lamellen unter einer radialen Vorspannung am Kontaktpin anliegen. Die Kontaktierung über die Lamellen lässt somit ebenfalls Taumelbewegungen des Kontaktpins zu, ohne dass die Gefahr besteht, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktpin und der Kontaktbuchse aufgehoben wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Steckverbindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die in der Figur dargestellte Steckverbindung 1 ist zwischen einer Kontaktbuchse 4 und einem in die Kontaktbuchse 4 eingesteckten Kontaktpin 3 hergestellt. Die Kontaktbuchse 4 ist auf einer Stromschiene 11 angeordnet und mit dieser über eine Lamellenbuchse mit mehreren Lamellen, die elastisch verformbare Kontaktteile 5 ausbilden, elektrisch leitend verbunden. Die Stromschiene 11 ist in einem Gehäuseteil 12 aufgenommen. Über die Lamellen bzw. die elastisch verformbaren Kontaktteile 5 ist zugleich die elektrische Kontaktierung des Kontaktpins 3 mit der Kontaktbuchse 4 hergestellt, wobei die Lamellen bzw. Kontaktteile 5 unter einer radialen Vorspannung am Kontaktpin 3 anliegen. Der Kontaktpin 3 ist hierüber federnd gelagert.
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Das der Kontaktbuchse 4 abgewandte Ende des Kontaktpins 3 weist zur Verbindung mit einem Kabel 2 einen buchsenartigen Endabschnitt 10 auf, in den ein Endabschnitt 9 des Kabels 2 eingesteckt ist. An den Endabschnitt 9 des Kabels 2 schließt sich ein Abschnitt 6 des Kabels 2 an, der über eine Länge L des Kabels 2 völlig frei ist. Der Abschnitt 6 ist somit beweglich, so dass der Kontaktpin 3 über das Kabel 2 ebenfalls federnd gelagert ist. Das heißt, dass der Kontaktpin 3 zur Schaffung eines Toleranzausgleichs eine Taumelbewegung ausführen kann.
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An den beweglichen Abschnitt 6 des Kabels 2 schließt sich ein Abschnitt 7 an, der in einer Kabelaufnahme 8 in Form einer Schirmbuchse aufgenommen ist, so dass hierüber das Kabel 2 positioniert und fixiert ist. Die Kabelaufnahme 8 ist dabei koaxial in Bezug auf die Kontaktbuchse 4 angeordnet, so dass der Kabelabgang gerade ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kontaktpin 3 von einem Isolator 14 umgeben, der mittelbar über einen Dichtring 15 an einem Gehäuseteil 13 abgestützt ist, in dem der Kontaktpin 3 und das Kabel 2 aufgenommen sind. Der Isolator 14 hält einen radialen Abstand zum Gehäuseteil 13 ein und ist zudem aus einem nachgiebigen Material gefertigt, so dass der Kontaktpin 3 zur Schaffung eines Toleranzausgleichs weiterhin eine Taumelbewegung ausführen kann.
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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]
