DE102022100402A1

DE102022100402A1 - Verfahren zur Herstellung eines DC-Anschlusses für ein Multikontaktstecksystem, DC-Anschluss und Inlet für den Stecker des Multikontaktstecksystems

Info

Publication number: DE102022100402A1
Application number: DE102022100402.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Beimdieck; Wolfgang Neuhaus
Original assignee: Harting Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen DC-Kabelanschluss zum Aufschrauben auf einen DC-Leistungskontaktstift für den Stecker eines Multikontaktstecksystems für die Übertragung von Wechselstromleistungen und hohen Gleichstromleistungen sowie einer Buskommunikation innerhalb desselben Stecksystems. Der DC-Kabelanschluss kann durch konstruktive Maßnahmen besonders einfach automatisiert gefertigt werden, was die Kosten senkt und die Qualität des resultierenden Steckers erhöht. Der DC-Kabelanschluss bildet in montiertem Zustand eine dichte, hochstromfähige Verbindung zum DC-Leistungskontaktstift.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten und kostengünstigen Herstellung eines DC-Anschlusses für ein Multikontaktstecksystem zur Übertragung elektrischer Energie als Wechselspannung und als Gleichspannung innerhalb desselben Stecksystems, insbesondere zum Laden von Elektroautos. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen solchen DC-Anschluss, sowie ein Inlet für den Stecker des Multikontaktstecksystems, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.
Stand der Technik
Elektroautos gibt es schon länger als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Das wahrscheinlich erste Elektroauto wurde schon 1842 von Andrew Davidson hergestellt. Anfang des letzten Jahrhunderts erfreute sich das batterieelektrische Fahrzeug großer Beliebtheit, da es leise, sicher und ohne störende Abgase fuhr. Aufgrund der vor über 100 Jahren noch nicht sehr entwickelten Batterietechnik war schnelles Laden nicht möglich, und es wurden keine großen Anstrengungen bezüglich der Stecksysteme zum Laden der damaligen Fahrzeuge unternommen. Durch die Erfindung des elektrischen Anlassers begannen sich ab den 1910er Jahren die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor aufgrund der größeren Reichweite immer mehr durchzusetzen. Elektrische Fahrzeuge gerieten ein wenig in Vergessenheit, verschwanden jedoch nie komplett vom Markt, sondern fanden immer bestimmte Nischen.
In den 1990er Jahren wurde aus Gründen des Umweltschutzes wieder vermehrt über elektrische Fahrzeuge nachgedacht, und große Fahrzeughersteller widmeten sich wieder diesem Thema. Es entstanden erste moderne Fahrzeuge wie der BMW E1, und es wurden Elektroumbauten von bestehenden Fahrzeugen angeboten.
Um den Betrieb eines Elektrofahrzeugs vor allem auf Langstrecke zu vereinfachen, wurden erste Versuche zur Standardisierung der Ladeinfrastruktur unternommen., vor allem in Frankreich, wo aufgrund des hohen Atomstromanteils und der schlechten Regelbarkeit dieser Kraftwerke ein großer Bedarf an der Abnahme des überschüssigen Nachtstromes bestand. Die in dieser Zeit verwendeten NiCd-Akkumulatoren konnten schon mit großen Leistungen geladen werden, so dass hohe Ströme zum Laden notwendig wurden. Der Einfachheit halber setzte man in dieser Zeit zum einen auf bestehende Standards für Industriestecksysteme, vor allem die standardisierten CEE-Stecksysteme in ein- und dreiphasiger Variante. Für das noch schnellere Laden bei Langstreckenfahrten wurde in dieser Zeit schon das direkte Laden des Akkumulators mit Gleichstrom entwickelt. Damit entstand in Frankreich der sogenannte Marechal Stecker von Marechal Electric, der mittels Stirndruckkontakten die Übertragung von AC-Leistung, DC-Leistung und Buskommunikation in einem Stecksystem realisierte. Die meisten französischen Fahrzeuge aus dieser Zeit waren mit diesem Steckersystem ausgestattet. Aber auch in den 1990er Jahren blieb es bei Kleinserien, und das Elektrofahrzeug konnte sich aus verschiedenen Gründen noch nicht in der breiten Masse durchsetzen.
Anfang der 2000er Jahre begann der nächste Anlauf, Elektrofahrzeuge am Markt zu etablieren. Um die bisherigen Hürden bei der Verbreitung auszuräumen, wurde begonnen, die Ladestecker und Allgemein die Ladeinfrastruktur zu standardisieren. Die International Electrotechnical Commission (IEC) begann die Normierung der Lademodi und Steckertypen für Elektrofahrzeuge, welche sich in der IEC 62196 (https://de.wikipedia.org/wiki/IEC_62196) niederschlägt. In dieser Norm wurden 3 verschiedene Gruppen von Steckertypen vorgeschlagen und normiert: Den Typ 1 Stecker, den Typ 2 Stecker und den Typ 3 Stecker.
Der Typ 2 Stecker wurde aus dem schon vorhandenen, und in der IEC 60309 (https://de.wikipedia.org/wiki/IEC_60309) standardisierten CEE-Stecker für Mehrphasen-Industriesteckverbindungen abgeleitet, und in der IEC 62196 (https-//de.wikipedia.org/wiki/IEC_62196_Typ_2) standardisiert. Dieser Steckertyp ist an sich nur für die Übertragung von AC-Leistung gedacht, einzig die Firma Tesla Motors nutzte eine leicht abgewandelte Variante auch für die Übertragung großer DC-Leistungen im Bereich bis zu 150kW in ihren Schnelladestationen.
Da in dieser Zeit klar wurde, dass zur Durchsetzung des batterieelektrischen Antriebs in der breiten Masse kurze Ladezeiten und damit hohe Ladeleistungen notwendig waren, rückte die direkte Gleichstromladung der Fahrzeuge wieder in den Vordergrund, und es entstand der sogenannte CCS-Stecker als Wettbewerber und Alternative zum schon vorhandenen und in den USA und Asien genutzten ChaDeMo Stecker, wobei die Abkürzung „CCS“ für „Combined Charging System“ steht, da der CCS-Stecker eine Erweiterung des bekannten Typ 2 Steckers um 2 DC-Leistungskontakte darstellt. 2011 wurde dieser Stecker als Europäischer Standard ebenfalls in der IEC 62196 für die Gleichstrom-Schnelladung gemäß dem Lademodus 4 normiert.
Da gemäß dem CCS Protokoll in der Version 2.0 und des entsprechenden Standards IEC 15118 Ströme bis zu 500A über die Kontakte fließen, sind diese entsprechend robust und groß ausgelegt. Dies hat große Kabelquerschnitte für die beiden DC-Kontakte zur Folge, welche bei der Herstellung des Stecksystems Probleme bereiten.
Aus Gründen der Effizienz und Zuverlässigkeit werden üblicherweise die Leitungen auf die Kontakte gecrimpt. Die Crimpung kann schnell und effizient hergestellt werden und weist bei entsprechender Werkzeugauslegung eine hohe Zuverlässigkeit auf, insbesondere bei Kontakten mit großem Leitungsquerschnitt. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass der Kontakt mit daran gecrimpter Leitung danach in den Stecker eingesetzt und verbaut werden muss, was aufgrund der biegeschlaffen Beschaffenheit der als Litze ausgeführten Leitungen schlecht automatisierbar ist. Daher sind beim Herstellen der Steckverbindungen bisher entweder viel Handarbeit oder teure Produktionsmaschinen notwendig, was die Kosten unnötig erhöht oder aber in der Variante mit viel Handarbeit eine aufwendige Qualitätssicherung notwendig macht.
Aufgabenstellung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu umgehen und ein Verfahren zur Herstellung eines DC-Anschlusses für ein solches Multikontaktstecksystem vorzuschlagen, welches eine automatisierte Herstellung mit vergleichsweise einfachen Produktionsmaschinen ermöglicht, und somit gegenüber dem Stand der Technik Kosten einspart sowie die Qualität des Stecksystems verbessert. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, einen solchen DC-Anschluss sowie ein Inlet für den Stecker eines Fahrzeugs mit einem solchen DC-Anschluss anzugeben.
Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines DC-Anschlusses für ein Multikontaktstecksystem zur Übertragung hoher elektrischer Gleichstromleistungen mit folgenden Schritten:

- Abisolieren der verschiedenen Isolationen einer Leitung auf vorbestimmte Längen, Aufschieben einer DC-Anschlusskappe und einer Kabeldichtung sowie Flachpressen der Litzen des Leiters der Leitung,
- Aufschieben, Platzieren und Crimpen einer Schirmhülse,
- elektrisch leitfähiges Anbringen einer Schweißfahne an den flachgepressten Litzen des Leiters der Leitung,
- Aufschieben eines vorkonfektionierten DC-Anschlussgehäuses sowie formschlüssiges Einsetzen einer DC-Anschlussschraube in das vorkonfektionierte DC-Anschlussgehäuse,
- formschlüssiges Verrasten des DC-Anschlussgehäuses mit der DC-Anschlusskappe.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann solch ein DC-Kabelanschluss schnell und einfach gefertigt werden, wobei konstruktive Maßnahmen sicherstellen, dass die einzelnen Verfahrensschritte vorteilhaft gut, einfach und kostengünstig automatisierbar sind und Handarbeit bei der Herstellung minimiert wird.
In einer Weiterbildung weist die DC-Anschlussschraube weiterhin eine Schraube auf, die geeignet ist, in den Schraubanschluss eines DC-Leistungskontaktstiftes eingeschraubt zu werden. Durch diese Maßnahme kann sehr einfach eine hochstromfähige Verbindung zwischen der Gleichstromleitung und dem Steckkontakt hergestellt werden, welche vorteilhaft wasserdicht, drehbar und vor allem gut automatisierbar ist.
In einer anderen Weiterbildung weist die DC-Anschlussschraube eine hexagonale Schlüsselweite zum Festziehen oder Lösen der Schraube auf. Dies stellt eine leichte und effiziente Maßnahme zum Anziehen oder Lösen der Schraube dar, die ebenfalls Vorteile in einer Fertigungslinie bringt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die DC-Anschlussschraube Rastnasen zum formschlüssigen Einsetzen der Schraube in das DC-Anschlussgehäuse auf, wobei die Schraube nach dem Einsetzen weiterhin drehbar bleibt. Besonders diese Maßnahme ist für eine automatisierte Fertigung besonders vorteilhaft, da sie Fehler minimiert und damit die Qualität und den Ausschuss verbessert.
In einer anderen bevorzugten Ausbildung wird die Schweißfahne mittels Ultraschallschweißen an den flachgedrückten Litzen des Leiters der Leitung angebracht. Ultraschallschweißen ist eine zuverlässige Verbindungstechnik, die hier vorteilhaft eine haltbare und elektrisch gut leitfähige Verbindung herstellen kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Kabeldichtung aus einem Elastomer hergestellt. Dies stellt eine kostengünstige und besonders dichte Verbindung zwischen der Leitung und dem DC-Anschlussgehäuse sicher. Als Materialien kommen alle geeigneten Elastomere wie Gummi, Silikone oder künstliche Elastomere z.B. auf Basis von Polyurethan in Frage.
In einer anderen bevorzugten Ausbildung weist die DC-Anschlusskappe einen Schirmabgang zum Anschließen eines Schirmleiters auf. Mit dieser Maßnahme kann ein zusätzlicher Schutz vor elektromagnetischen Störungen erreicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die DC-Anschlusskappe sowie das DC-Anschlussgehäuse aus Kunststoff. Dadurch sind die Teile kostengünstig herstellbar und gleichzeitig elektrisch isolierend, was Vorteile bei der Konstruktion der Teile bietet. Als Kunststoff kommen alle im Fahrzeugbau üblichen Kunststoffe in Frage, die elektrisch isolierend und Spannungsresistent sind, z.B. Polycarbonat, PEI, PPS oder ähnliches.
Die Aufgabe bezüglich des DC-Kabelanschlusses wird gelöst mit einem DC-Kabelanschluss hergestellt nach dem obigen Verfahren. Dadurch können erfindungsgemäß die Kosten minimiert und die Qualität optimiert werden.
Die Aufgabe bezüglich des Inlets für den Stecker eines Multikontaktstecksystems, wird gelöst durch eine Inlet-Baugruppe mit daran angeschraubten DC-Kabelanschlüssen zur Übertragung hoher elektrischer Gleichstromleistungen. Diese Maßnahme vermeidet das Handling von DC-Leistungskontaktstiften mit daran direkt angecrimpten Leitern, welche in einer Produktion schwierig zu händeln sind und weitere Nachteile wie feste Abgänge der Leitungen sowie schwierigere Abdichtung haben.
Dieses Inlet stellt weiterhin einen besonders einfach herzustellenden und hochwertigen Stecker sicher, der aufgrund der hohen Anforderungen in der Automobilindustrie besonders für Fahrzeuge hervorragend geeignet ist. Solch ein Stecker wird besonders bevorzugt als Ladestecker für ein batterieelektrisches Fahrzeug verwendet, da hier die Anforderungen der Übertragung von Wechselstromleistungen und der alternativen Übertragung von hohen Gleichstromleistungen gegeben sind. Die zu übertragenden Wechselstrom leistungen bewegen sich dabei im Bereich von etwa 1000W bis 44kW, und die zu übertragenden hohen Gleichstromleistungen von etwa 20kW bis zu 500kW.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine erste Ansicht einer Kontaktgruppe für einen Typ 2 Stecker mit sichtbar dargestellten genormten Rundkontakten der AC-Leistungskontaktstifte, die durch eine Kunststoffumspritzung in korrekter Anordnung gehalten wird.
2 Eine zweite Ansicht einer Kontaktgruppe für einen Typ 2 Stecker mit sichtbar dargestellten Flachsteckkontakten der AC-Leistungskontaktstifte, die durch eine Kunststoffumspritzung in korrekter Anordnung gehalten wird.
3 Die Kontaktgruppe, welche in eine Halteklammer eingeschoben wird.
4 Eine erste Ansicht der Halteklammer Baugruppe.
5 Eine zweite Ansicht der Halteklammer Baugruppe.
6 Die Halteklammer Baugruppe, welche in einen Isolierkörper eingesetzt wird.
7 Die Halteklammer Baugruppe, welche in dem Isolierkörper verrastet ist.
8 Eine Leiterkarte, welche in den Isolierkörper eingeschoben wird.
9 Die Baugruppe bestehend aus Isolierkörper, Halteklammer Baugruppe und Leiterkarte.
10 Das Einsetzen von DC-Leistungskontaktstiften in die Baugruppe gemäß 9.
11 Die Baugruppe mit den eingesetzten DC-Leistungskontaktstiften.
12 Eine Detailansicht der Baugruppe mit angebrachtem Blech zur Verbindung von AC-Leistungskontakt und NTC-Temperatursensor.
13 Eine Gesamtansicht der Baugruppe mit angebrachtem Blech zur Verbindung von AC-Leistungskontakt und NTC-Temperatursensor.
14 Eine Detailansicht der Baugruppe mit angebrachter Folie zur Verbindung von AC-Leistungskontakt und NTC-Temperatursensor.
15 Das Einbringen einer wärmeleitfähigen Vergußmasse zur Isolation und besseren Wärmeübertragung.
16 Das Einsetzen der Baugruppe in einen Rahmen.
17 Die in den Rahmen eingesetzte Baugruppe.
18 Das Aufsetzen und Verrasten eines Deckels auf die in den Rahmen eingesetzte Baugruppe.
19 Das Verschrauben des Deckels mit der Baugruppe.
20 Das Einschrauben eines Wasserablaufs in den Rahmen.
21 Das Aufbringen eines Dichtungsbandes auf den Rahmen.
22 Das Aufschieben einer DC-Anschlusskappe auf das Kabel.
23 Das Aufschieben und Crimpen einer Schirmhülse.
24 Das Verbinden einer Schweißfahne mit den Litzen der Leitung durch Ultraschallschweißen.
25 Das Aufschieben eines DC-Anschlussgehäuses.
26 Das Einsetzen einer DC-Anschlussschraube.
27 Die bisherige Baugruppe mit eingesetzter DC-Anschlussschraube.
28 Das weitere Aufschieben der DC-Anschlusskappe.
29 Das Verrasten der DC-Anschlusskappe.
30 Die verrastete DC-Anschlusskappe mit sichtbarem Schirmabgang.
31 Das Anschrauben des DC-Kabelanschlusses an das Inlet.
32 Die gesamte Baugruppe aus Inlet und DC-Kabelanschluss.

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein. Richtungsangaben wie beispielsweise „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.
Der Begriff „Baugruppe“ wird im Folgenden oft für das Ergebnis der bisher ausgeführten Verfahrensschritte bezeichnet, also den Stand des Zusammenbaus des Multikontaktstecksystems nach den bisher ausgeführten Verfahrensschritten. Daher ist eine „Baugruppe“ je nach Verfahrensschritt eine andere, und der Begriff „Baugruppe“ daher nicht gleichbedeutend mit einer bestimmten Einheit. Eine bestimmte Einheit nach einer vorbestimmten Anzahl von Verfahrensschritten wird im Folgenden dann auch mit einer bestimmten Bezeichnung benannt, z.B. „Halteklammer Baugruppe 22“.
Aufbau und Herstellung des CCS-Inlets
Die 1 zeigt eine erste Ansicht einer Kontaktgruppe für einen Typ 2 Stecker mit sichtbar dargestellten genormten Rundkontakten 101 von AC-Leistungskontaktstiften 10 und Bus(signal)kontaktstiften 11, welche durch eine Kunststoffumspritzung als ersten Schritt der Herstellung des Multikontaktstecksystems in korrekter Anordnung gehalten werden. Die Kontaktspitzen (Kontaktbereiche) der Stifte sind in der IEC 62196 normiert und entsprechend der Typ 2 Spezifikation angeordnet. Dies ist möglich, da hier auf ein bisher erfolgtes Crimpen der Leitungen auf die Kontaktstifte bewusst verzichtet wird.
2 zeigt eine zweite Ansicht der Kontaktgruppe für einen Typ 2 Stecker mit sichtbar dargestellten Flachsteckkontakten der AC-Leistungskontaktstifte, die durch eine Kunststoffumspritzung in korrekter Anordnung gehalten wird, aus einer anderen Perspektive, in der das andere Ende der Kontaktstifte gut sichtbar ist. Es ist gut zu sehen, dass die AC-Leistungskontaktstifte 10 auf dieser Seite einen Flachsteckkontakt 102 zur späteren Kontaktierung der Leitungen aufweisen. Erst durch diese Maßnahme ist eine Umspritzung mit Kunststoff 13 zur Anordnung der Stifte überhaupt möglich. Zusätzlich wird noch eine zweite Kunststoffumspritzung 14 als Anschlag für die Montage an den Kontaktstiften 10, 11 angebracht.
Der nächste Schritt der Herstellung des Multikontaktstecksystems ist in 3 zu sehen. 3 zeigt die Kontaktgruppe, welche in eine Halteklammer eingeschoben wird. Hier werden die mit Kunststoff umspritzten Kontaktstifte in eine Halteklammer 20 für AC- und Buskontaktstifte eingeschoben und verrastet. Die Kunststoffumspritzung 14 als Anschlag sorgt für die notwendige Verrastung, so dass die Halteklammer 20 und die umspritzten Kontaktstifte fest miteinander verbunden sind. Durch Nasen in der Kunststoffumspritzung 13 und Aussparungen in der Halteklammer 20 ist ein Verdrehschutz 201 gewährleistet, was aufgrund der Flachsteckkontakte 102 der AC-Leistungskontaktstifte 10 notwendig ist. Die Halteklammer ist in gewissen Maß elastisch ausgeführt, so dass die Kontaktstifte eingeschoben werden können und dann verrasten.
4 zeigt eine erste Ansicht der Halteklammer Baugruppe 22, in der die Kontaktstifte mit der Halteklammer 20 verrastet sind. In dieser Ansicht ist der Verdrehschutz 201 für die Kontaktstifte 10, 11 gut zu erkennen.
5 zeigt eine zweite Ansicht der Halteklammer Baugruppe 22, in der die Kontaktstifte mit der Halteklammer 20 verrastet sind. Hier ist die Verrastung aufgrund der Kunststoffumspritzung 14 als Anschlag gut zu erkennen.
6 zeigt den nächsten Schritt, nämlich das Einsetzen der Halteklammer Baugruppe 22 in einen Isolierkörper 21. Die Halteklammer Baugruppe 22 wird hierzu in den Isolierkörper 21 eingesetzt, und mittels am Isolierkörper 21 angebrachter Rastnasen verrastet.
7 zeigt die Halteklammer Baugruppe 22, welche in dem Isolierkörper 21 verrastet ist. Die Verrastung 211 ist hier gut zu erkennen.
8 zeigt den nächsten Verfahrensschritt des Einschiebens einer Leiterkarte 25 in den Isolierkörper 21. Die Leiterkarte 25 weist hierzu Aussparungen auf, durch die die Enden mit den Flachsteckkontakten 102 der AC-Leistungskontaktstifte 10 und Bus(signal)kontaktstifte 11 hindurchreichen. Auf der Leiterkarte 25 sind 4 NTC-Temperatursensoren für AC-Leistungskontaktstifte 251 und 2 PT1000 Temperatursensoren für DC-Leistungskontaktstifte 252 angeordnet, immer direkt neben den jeweiligen AC-Leistungskontaktstiften 11 und bezüglich der DC-Leistungskontaktstifte direkt neben den Aufnahmen hierfür. Die NTC-Temperatursensoren für AC-Leistungskontaktstifte 251 und PT1000 Temperatursensoren für DC-Leistungskontaktstifte 252 sind mit Anschlüssen 253 für diese Sensoren elektrisch verbunden.
9 zeigt die eingeschobene Leiterkarte 25 und somit die Baugruppe bestehend aus Isolierkörper 21, Halteklammer Baugruppe 22 und Leiterkarte 25.
10 zeigt den nächsten Herstellungsschritt des Einsetzens der DC-Leistungskontaktstifte 12 in die Baugruppe gemäß 9. Die DC-Leistungskontaktstifte 12 sind vorkonfektioniert und weisen auf der durch die IEC 62196 vorgegebene Kontaktgeometrie abgewandten Seite einen Schraubanschluss mit einer Abflachung zur Verdrehsicherung auf. Die DC-Leistungskontaktstifte 12 werden einfach in die dafür vorgesehenen Aufnahmen des Isolierkörpers 21 eingesetzt.
11 zeigt die Baugruppe mit den eingesetzten DC-Leistungskontaktstiften 12. Diese Ansicht zeigt, dass die PT1000 Temperatursensoren 252 für die DC-Leistungskontaktstifte 12 direkt neben den DC-Leistungskontaktstiften 12 angeordnet sind. Diese Anordnung dient der effizienten Wärmeübertragung, welche Maßnahme in 12 dargestellt ist. Diese Figur zeigt die Detailansicht einer ersten Alternative einer Baugruppe mit angebrachten Blech 103 zur thermischen Verbindung von AC-Leistungskontakt 10 und NTC-Temperatursensor 251. Das Blech 103 zur thermischen Verbindung von AC-Leistungskontakt 10 und NTC-Temperatursensor 251 wird hierbei über das Ende des AC-Leistungskontaktstiftes 10 mit dem Flachsteckkontakt 103 geschoben, und kommt am „Fuß“ des Flachsteckkontaktes 103 zu liegen. Zwei Laschen begrenzen die Lage am Ende des Flachsteckkontaktes 103, und eine dritte Lasche kommt direkt auf dem entsprechenden NTC-Temperatursensor 251 zu liegen. Da das Blech gut wärmeleitend ist, überträgt es die im AC-Leistungskontaktstift 10 entstehende Wärme effizient auf den NTC-Temperatursensor 251 für den AC-Leistungskontaktstift 10. Einzig der AC-Leistungskontaktstift 10 für den Erdanschluss, der mittig unter den 5 AC-Leistungskontaktstiften 10 angeordnet ist, weist keinen NTC-Temperatursensor für diesen AC-Leistungskontaktstift auf, da über den Erdleiter kein Strom fließt und eine Erwärmung somit ausgeschlossen ist. Im Fehlerfall eines Stromes über den Erdleiter löst der für die Ladeinfrastruktur vorgeschriebene Fehlerstromschalter aus und beendet den Ladevorgang sofort.
Gut zu sehen ist in dieser Figur auch, dass die Anschlüsse für die Temperatursensoren 253 gleichartig ausgebildet sind wie die Anschlüsse der Bus(signal)kontaktstifte 11, und zusammen mit den Anschlüssen der Buskontaktstifte 11 in einem gleichmäßigen Raster angeordnet sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine einzelne Steckverbindung zur Herstellung aller Kontakte der Temperatursensoren und der Buskontaktstifte verwendet werden kann.
13 zeigt eine Gesamtansicht der Baugruppe mit angebrachten Blech 103 zur Verbindung von AC-Leistungskontakt 10 und NTC-Temperatursensor 251. Hier sind die PT1000-Temperatursensoren 252 für DC-Leistungskontaktstifte in ihrer realen Größe gezeigt, weswegen sie nahezu vollständig unter den Abflachungen der DC-Leistungskontaktstifte 12 verschwinden, und deswegen direkt mit dem abgeflachten Teil Verbindung haben und daher kein Blech für die Übertragung der Wärme benötigen.
14 zeigt eine Detailansicht der Baugruppe einer zweiten Alternative mit angebrachter Folie 104 zur thermischen Verbindung von AC-Leistungskontakt 10 und NTC-Temperatursensor 251. Die Folie weist ebenso wie das Blech eine ringförmige Form auf, die sich an den AC-Leistungskontaktstift 10 schmiegt, und hat genauso eine Lasche, welche auf dem NTC-Temperatursensor 251 für AC-Leistungskontaktstifte 10 zu liegen kommt und für einen guten Wärmeübergang sorgt. Vorteil der Folie ist die Kompressibilität und die Klebrigkeit, welche einen exzellenten Wärmeübergang auf den NTC-Temperatursensor 251 gewährleistet.
15 zeigt als nächsten Herstellungsschritt das Einbringen einer wärmeleitfähigen Vergußmasse 30 zur Isolation und besseren Wärmeübertragung. Es wird die gesamte Leiterkarte inclusive der NTC-Temperatursensoren 251 für AC-Leistungskontaktstifte 10 und der PT1000-Temperatursensoren 252 für DC-Leistungskontaktstifte 12 vergossen. Die Höhe des Vergusses ist so gewählt, dass die Leiterkarte inklusive der Sensoren komplett bedeckt ist und die elektrischen Leiter auf der Leiterkarte somit gegen Feuchtigkeit und sonstige äußere Umwelteinflüsse geschützt sind. Die Vergussmasse 30 weist aber ebenfalls eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und unterstützt die Maßnahmen zur Wärmeübertragung von den Kontaktstiften auf die Temperatursensoren nochmals. Die Flachsteckkontakte 102, die Anschlüsse für die Temperatursensoren 253 sowie die Schraubanschlüsse der DC-Leistungskontaktstifte 12 ragen hierbei aus der Vergußmasse heraus. Es kann jede für den Verguß von Elektronikkomponenten zertifizierte Vergußmasse verwendet werden, insbesondere epoxidharzbasierte oder silikonbasierte Vergußmassen. Je nach Anforderung können aber auch mineralölbasierte Vergußmassen zur Verwendung kommen. In der Automobilindustrie werden oft silikonbasierte Vergußmassen verwendet. Das Ergebnis dieses Herstellungsschrittes ist die vergossene Baugruppe 27.
Als nächsten Herstellungsschritt zeigt 16 das Einsetzen der Baugruppe 27 in einen Rahmen 28. Die Baugruppe 27 wird hierbei in den Rahmen 27 eingeschoben, der Aussparungen für die Typ-2 Kontakte und die CCS-Kontakte aufweist.
17 zeigt die in den Rahmen 28 eingesetzte Baugruppe 27. 18 zeigt als nächsten Herstellungsschritt das Aufsetzen und Verrasten eines Deckels 29 auf die in den Rahmen 28 eingesetzte Baugruppe 27. Der mit Rastlaschen versehene Deckel 29 wird hierbei einfach auf den Rahmen 28 mit der Baugruppe 27 aufgeschoben, bis die Rastlaschen in entsprechende Vorsprünge auf dem Rahmen 28 einrasten und den Deckel formschlüssig halten.
Um eine solide Einheit zu bilden, wird der Deckel 29 im nächsten Schritt mit dem Rahmen 28 verschraubt, was in 19 gezeigt ist. Der Deckel 29 weist 4 Aussparungen für Verschraubungen 284 auf, welche in Aufnahmen des Rahmens 28 münden.
20 zeigt mit dem Einschrauben eines Wasserablaufs 281 in den Rahmen 28 den nächsten Schritt in der Herstellung des Inlets. Der Wasserablauf 281 wird einfach in den Rahmen 28 geschraubt.
21 zeigt als letzten Herstellungsschritt des Inlets 35 das Aufbringen eines Dichtbandes 282 auf den Rahmen. Das vorkonfektionierte Dichtband oder Dichtungsband wird hierbei einfach auf den Rahmen 28 aufgeschoben. Das Ergebnis dieses Herstellungsschrittes ist das gesamte montierte Inlet 35.
Aufbau und Zusammenbau des DC-Anschlusses
Die 22 bis 32 zeigen den Aufbau und gleichzeitig den Zusammenbau des DC-Anschlusses und die Komplettierung des zuvor beschriebenen Fahrzeuginlets 35.
22 zeigt als vorbereitenden Schritt das Aufschieben einer DC-Anschlusskappe 40 und einer Kabeldichtung 42 auf ein Kabel. Im ersten Schritt wird ein Kabel vorkonfektioniert, indem die verschiedenen Isolierungen in verschiedenen Längen am Ende des Kabels entfernt werden, und der Leiter bestehend aus einer Vielzahl von Litzen flachgedrückt wird. Dann wird zuerst eine DC-Anschlusskappe 40 und dann eine Kabeldichtung 42 auf das Kabelende geschoben.
Im nächsten Schritt wird in 23 das Aufschieben und Crimpen einer Schirmhülse 44 gezeigt. Die ebenfalls vorkonfektionierte Schirmhülse 44 wird auf das Kabelende aufgeschoben, plaziert und gecrimpt.
Der nächste, in 24 gezeigte Schritt ist das Verbinden einer Schweißfahne 46 mit den Litzen der Leitung 48 durch Ultraschallschweißen. Die Schweißfahne wird unter die flachgedrückten Litzen der Leitung 48 gelegt, und mittels einer Ultraschallschweißmaschine verschweißt. Die Schweißfahne weist eine Bohrung zur Aufnahme einer Schraube 4811 (nicht gezeigt) auf.
Der nächste in 25 gezeigte Schritt ist das Aufschieben eines DC-Anschlussgehäuses 50 auf die Schweißfahne 46. Das DC-Anschlussgehäuse 50 wird bis zur schon gecrimpten Schirmhülse 44 auf das Kabelende aufgeschoben wie gezeigt.
26 zeigt das Einsetzen einer DC-Anschlussschraube 481 in das DC-Anschlussgehäuse 50. Durch das Einsetzen der DC-Anschlussschraube 481 wird das DC-Anschlussgehäuse 50 am Kabelende fixiert, so dass es nicht mehr abfallen kann. Die DC-Anschlussschraube 481 weist eine Schraube 4811 auf, welche durch die Bohrung der Schweißfahne hindurchreicht und damit die gesamte Anordnung am Kabelende fixiert. Die DC-Anschlussschraube 481 weist Kunststoffrastnasen auf, welche mit entsprechenden Nuten im DC-Anschlussgehäuse 50 korrespondieren, so dass die DC-Anschlussschraube 481 nach dem Einsetzen in das DC-Anschlussgehäuse 50 nicht mehr herausrutschen kann. Die Rastnasen sind derart ausgestaltet, dass die Schraube 4811 weiterhin drehbar ist, aber eben nicht mehr herausfallen kann.
27 zeigt dann die bisherige Baugruppe mit eingesetzter DC-Anschlussschraube 481.
Der nächste Schritt ist das Zurückschieben der DC-Anschlusskappe 40, wie in 28 gezeigt. Die DC-Anschlusskappe 40 weist Rastlaschen auf, welche mit entsprechenden Rastnasen auf dem DC-Anschlussgehäuse 50 interagieren, und die DC-Anschlusskappe 40 mit dem DC-Anschlussgehäuse 50 formschlüssig verrasten.
29 zeigt dann die auf dem DC-Anschlussgehäuse 50 verrastete DC-Anschlusskappe 40. Die DC-Anschlussschraube 481 weist auf einer Seite eine hexagonale Schlüsselweite zum Anziehen der Schraube 4811 auf. Die DC-Anschlusskappe 40 weist einen Schirmabgang 402 auf, an dem ein Schirmleiter angeschlossen werden kann. Die gesamte Baugruppe ist der fertiggestellte DC-Kabelanschluss 60.
30 zeigt den fertiggestellten DC-Kabelanschluss 60 aus 29 in einer anderen Perspektive, wobei die verrastete DC-Anschlusskappe 40 mit sichtbarem Schirmabgang gezeigt ist.
31 zeigt als nächsten Herstellschritt das Anschrauben des DC-Kabelanschlusses 60 an das Inlet 35. Dazu wird der DC-Kabelanschlusses 60 derart auf das Inlet 35 aufgesteckt, dass die Schraube 4811 in dem Schraubenloch des DC-Leistungskontaktstiftes 12 zu liegen kommt. Nun kann mittels der hexagonalen Schlüsselweite 482 die Schraube auf den DC-Leistungskontaktstift 12 aufgeschraubt werden. Nach Anzug der Schraube mit einem definierten Drehmoment ist ein hochstromfähiger Kontakt zum DC-Leistungskontaktstift 12 hergestellt, wobei der Abgang drehbar und wasserdicht ist, da in das DC-Anschlussgehäuse 50 eine Dichtung eingearbeitet ist, welche mit einer Schulter im Deckel 29 interagiert und den Kontakt abdichtet.
32 wiederum zeigt nochmals die gesamte Baugruppe aus Inlet 35 und DC-Kabelanschluss 60, wobei die Drehbarkeit des DC-Kabelanschlusses 60 durch Pfeile angedeutet ist.
Bezugszeichenliste

10: AC-Leistungskontaktstift
101: Genormter Rundkontakt des AC-Leistungskontaktstiftes 10
102: Flachsteckkontakt des AC-Leistungskontaktstiftes 10
103: Blech zur Verbindung von AC-Leistungskontakt und NTC-Temperatursensor
104: Folie zur Verbindung von AC-Leistungskontakt und NTC-Temperatursensor
11: Buskontaktstift
12: DC-Leistungskontaktstift
13: Kunststoffumspritzung zur Anordnung der Kontaktstifte
14: Kunststoffumspritzung als Anschlag für die Montage
20: Halteklammer für AC- und Buskontaktstifte
201: Verdrehschutz
21: Isolierkörper
211: Verrastung
22: Halteklammer Baugruppe
25: Leiterkarte
251: NTC-Temperatursensoren für AC-Leistungskontaktstifte
252: PT1000 Temperatursensoren für DC-Leistungskontaktstifte
253: Anschlüsse für Temperatursensoren
27: Vergossene Baugruppe
28: Rahmen
281: Wasserablauf
282: Dichtband
283: Verrastung
284: Deckelverschraubung
29: Deckel
30: Vergußmasse
35: Das gesamte montierte Inlet
40: DC-Anschlusskappe
402: Schirmabgang DC Anschlusskappe
42: Kabeldichtung
44: Schirmhülse
46: Schweißfahne
48: Leitung
481: DC-Anschlussschraube
4811: Schraube der DC-Anschlussschraube
482: Hexagonale Schlüsselweite der DC-Anschlussschraube zum Anziehen der Schraube 4811
50: DC-Anschlussgehäuse
60: DC-Kabelanschluss

Claims

Verfahren zur Herstellung eines DC-Anschlusses für ein Multikontaktstecksystem zur Übertragung hoher elektrischer Gleichstromleistungen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 1) Abisolieren der verschiedenen Isolationen einer Leitung (48) auf vorbestimmte Längen, Aufschieben einer DC-Anschlusskappe (40) und einer Kabeldichtung (42) sowie Flachpressen der Litzen des Leiters der Leitung, 2) Aufschieben, Platzieren und Crimpen einer Schirmhülse (44), 3) elektrisch leitfähiges Anbringen einer Schweißfahne an den flachgepressten Litzen des Leiters der Leitung, 4) Aufschieben eines vorkonfektionierten DC-Anschlussgehäuses (50) sowie formschlüssiges Einsetzen einer vorkonfektionierten DC-Anschlussschraube (481) in das vorkonfektionierte DC-Anschlussgehäuse (50), 5) formschlüssiges Verrasten des DC-Anschlussgehäuses (50) mit der DC-Anschlusskappe (40).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Anschlussschraube (481) eine Schraube (4811) aufweist, welche geeignet ist, in den Schraubanschluss eines DC-Leistungskontaktstiftes (12) eingeschraubt zu werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Anschlussschraube (481) eine hexagonale Schlüsselweite zum Festziehen oder Lösen der Schraube aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Anschlussschraube (481) Rastnasen zum formschlüssigen Einsetzen der Schraube in das DC-Anschlussgehäuse (50) aufweist, wobei die Schraube (4811) nach dem Einsetzen weiterhin drehbar bleibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißfahne (46) mittels Ultraschallschweißen an den flachgedrückten Litzen des Leiters der Leitung (48) angebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabeldichtung aus einem Elastomer hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Anschlusskappe (40) einen Schirmabgang (402) zum Anschließen eines Schirmleiters aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Anschlusskappe (40) sowie das DC-Anschlussgehäuse (50) aus Kunststoff bestehen.
DC-Kabelanschluss (60) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Inlet für den Stecker eines Multikontaktstecksystems, gekennzeichnet durch eine Inlet-Baugruppe (35) mit daran angeschraubten DC-Kabelanschlüssen (60) gemäß Anspruch 9 zur Übertragung hoher elektrischer Gleichstromleistungen.