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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube für eine berührungssichere Steckverbindung, insbesondere für einen elektrischen Steckverbinder, umfassend einen Schraubenkörper und ein Berührschutzelement, wobei der Schraubenkörper einen Schraubenkopf und einen vom Schraubenkopf ausgehenden und sich entlang einer Einschraubrichtung bis zu einer Schraubenspitze erstreckenden Schraubenschaft aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Steckverbinder, der ein elektrisch isolierendes Steckverbindergehäuse, ein Kontaktelement und eine Befestigungsschraube aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Steckverbindung, die den elektrischen Steckverbinder sowie einen elektrischen Gegensteckverbinder umfasst.
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Elektrische Steckverbindungen mit einer Schraube für eine Schraubverbindung von Stecker und Gegenstecker sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Schraubverbindung sorgt für eine robuste und dauerhafte Kontaktierung. Derartige Steckverbindungen werden beispielsweise im Fahrzeugbereich eingesetzt, wo die Steckverbindungen widerstandsfähig sein müssen, um Vibrationen und hohen Temperaturen standzuhalten. Besonders hohe Anforderungen werden an elektrische Steckverbindungen gestellt, die im Hochvoltbereich eingesetzt werden, wo sie hohen Strömen und Spannungen ausgesetzt sind. Solche Hochvoltsteckverbinderwerden im Fahrzeugbereich unter anderem bei Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen eingesetzt, um z. B. Batteriemodule einer Traktionsbatterie sowie weitere Hochvolt-Verbindungsstellen außerhalb der Batterie sicher zu kontaktieren. Um einen sicheren Umgang der Steckverbindungen während der Montage oder bei einer Inspektion bzw. einem Servicefall zu gewährleisten, sind derartige Steckverbindungen berührungssicher ausgestaltet. Die Berührsicherheit gewährleistet, dass ein menschlicher Finger nicht unbeabsichtigt stromführende Elemente kontaktieren kann, so dass derartige Steckverbindungen einfach und sicher gehandhabt werden können.
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Bekannt sind beispielsweise verschraubbare Hochvolt-Steckverbindungen, die berührsicher gemäß IPxxB nach ISO 20653 ausgestaltet sind, was eine sehr robuste und in der typischen Fertigungsumgebung gut handhabbare Kontaktierung schafft.
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Die Schrauben derartiger Steckverbindungen sind in der Regel sowohl am Schraubenkopf als auch an der Schraubenspitze gegen eine unbeabsichtigte Berührung gesichert.
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Allerdings liegen je nach Fahrzeugtyp und Batteriekonfiguration unterschiedliche geometrische Rahmenbedingungen vor, so dass für jede Anwendung jeweils eine Schraube mit spezifisch angepasster Geometrie hergestellt werden muss. Für Schrauben unterschiedlicher Länge werden unterschiedliche Werkzeuge benötigt und die berührsicheren Schrauben aus dem Stand der Technik sind nur für eine spezielle Steckverbindung entwickelt und können nicht anderweitig eingesetzt werden.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schraube für eine berührungssichere Steckverbindung bereitzustellen, die flexibel einsetzbar und gleichzeitig robust, sicher und einfach zu handhaben ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Schraube für eine berührungssichere Steckverbindung gelöst, die einen Schraubenkörper und ein Berührschutzelement umfasst. Der Schraubenkörper weist einen Schraubenkopf und einen vom Schraubenkopf ausgehenden und sich entlang einer Einschraubrichtung bis zu einer Schraubenspitze erstreckenden Schraubenschaft auf. An der Schraubenspitze ist ein Anschlusselement ausgebildet und das Berührschutzelement ist an einer Kopplungsseite mit wenigstens einem Verbindungsmittel versehen, das als Verbindungspartner zum Anschlusselement ausgestaltet ist. Das Verbindungsmittel ist ausgestaltet, das Berührschutzelement mit dem Schraubenkörper zu verbinden, wobei das Berührschutzelement wenigstens an einer Frontseite eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist. Die Frontseite zeigt im Verbund, also im montierten Zustand von Schraubenkörper und Berührschutzelement, in Einschraubrichtung.
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Des Weiteren wird diese Aufgabe gelöst durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder für eine elektrische Steckverbindung, insbesondere eine Hochstrom- und/oder Hochspannungssteckverbindung der eingangs genannten Art, der eine erfindungsgemäße berührgeschützte Schraube aufweist. Eine elektrische Steckverbindung für eine Hochstrom- und/oder Hochspannungskontaktierung, insbesondere im Fahrzeugbereich, löst diese Aufgabe dadurch, dass sie wenigstens einen erfindungsgemäßen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder umfasst.
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Die erfindungsgemäße, berührungssichere Schraube hat den Vorteil, dass durch ihren zweiteiligen Aufbau aus Schraubenkörper und mit dem Schraubenkörper verbindbarem Berührschutzelement ein flexibles System bereitgestellt wird, in welchem im Wesentlichen standardisierte Schrauben verwendet werden können, die lediglich mit einem Anschlusselement an ihrer Schraubenspitze zu versehen sind. Die Anpassungen an unterschiedliche Geometrien von Steckverbindern bzw. Steckverbindungen, wie sie in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden, können unabhängig von der Schraube im Berührschutzelement umgesetzt werden. Darüber hinaus ist der Schraubenkörper auch ohne das Berührschutzelement als Schraube einsetzbar. Die Schraube ist aufgrund der Verbindungspartner, mittels derer das Berührschutzelement mit dem Schraubenkörper verbunden werden kann, robust, und einfach herzustellen. Die Schraube bietet gleichzeitig aufgrund der zweiteiligen Ausgestaltung große Variationsmöglichkeiten und eine hohe Flexibilität.
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Die Erfindung kann durch die folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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Nach einer möglichen Ausführungsform kann das Berührschutzelement mit dem Schraubenkörper über eine form-, reib- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und dem Anschlusselement verbunden sein. Das Verbindungsmittel des Berührschutzelementes und das Anschlusselement des Schraubenkörpers können komplementäre Verbindungspartner darstellen, die mit gängigen Fertigungstechniken gefügt, also an einer Fügestelle miteinander verbunden werden können. Durch die Verbindung kann das Berührschutzelement axial in Einschraubrichtung am Schraubenkörper festgelegt werden. Die Verbindung kann eine ortsfeste Verbindung sein, welche sowohl die Verschiebung des Berührschutzelementes in axialer Richtung entlang der Einschraubrichtung gegenüber dem Schraubenkörper als auch die radiale Bewegung senkrecht zur Einschraubrichtung unterbindet. Auch eine komplette Fixierung, die keinerlei Relativbewegung des mit dem Schraubenkörper verbundenen Berührschutzelementes zulässt, ist möglich.
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Die Verbindung zwischen Anschlusselement des Schraubenkörpers und Verbindungsmittel des Berührschutzelementes ist sehr einfach, wenn die Kopplungsseite des Berührschutzelementes entgegengesetzt zur Frontseite ausgerichtet ist. Durch die räumliche Beabstandung von elektrisch isolierender Frontseite des Berührschutzelementes einerseits und der zur Verbindung mit dem Verbindungselement vorgesehenen Kopplungsseite andererseits hat man einen sehr großen Gestaltungsspielraum sowohl bei der Formgebung und Dimensionierung der isolierenden Frontseite als auch bei der Ausgestaltung des wenigstens einen Verbindungsmittels.
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Die Verbindungspartner, also das Verbindungsmittel und das Anschlusselement, können so ausgestaltet sein, dass im Verbund, also im verbundenen Zustand, das Berührschutzelement entlang der Einschraubrichtung ausgerichtet ist. Das Berührschutzelement kann in Einschraubrichtung fluchtend mit dem Schraubenschaft ausgerichtet sein. Dabei kann das Berührschutzelement so dimensioniert sein, dass es im Verbund mit dem Schraubenkörper in Einschraubrichtung gesehen, seitlich nicht über den Schraubenschaft hinausragt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Schraube, bei welcher das Berührschutzelement mit dem Schraubenkörper verbunden ist, eingeschraubt werden kann und das Berührschutzelement die Schraubverbindung zwischen Schraube und deren Gegengewinde nicht beeinträchtigt.
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Das Anschlusselement und das Verbindungsmittel können komplementäre Verbindungspartner einer kraftschlüssigen Verbindung sein. Die kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise eine Pressverbindung mit einer Presspassung oder einer trilobularen Passung sein, bei welcher einer der Verbindungspartner einen trilobularen Querschnitt aufweist, der reibschlüssig in eine entsprechende Öffnung des Verbindungspartners eingepresst werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann einer der Verbindungspartner als Morsekegel ausgestaltet sein, was eine sichere Flächenpressung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das Anschlusselement und das Verbindungsmittel Teile einer lösbaren Verbindung sein. Das Berührschutzelement kann somit lösbar mit dem Schraubenkörper verbunden sein. Dies ist für Wartungszwecke vorteilhaft und ermöglicht eine erneute Verwendung eines Elementes der erfindungsgemäßen Schraube, beispielsweise des Schraubenkörpers, in einer anderen Anwendungsumgebung. Als lösbare Verbindungspartner bieten sich Verbindungspartner einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung an, beispielsweise Schraubverbindungen oder Verrastungen.
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In einer Ausführungsform kann die Schraubenspitze einen Hohlraum zur Aufnahme der Kopplungsseite des Berührschutzelementes aufweisen, wodurch man eine besonders kompakte Schraube erhält. Das Anschlusselement kann in dem Hohlraum angeordnet sein, was insofern vorteilhaft ist, als die Fügestelle mit den beiden Verbindungspartnern von außen nicht zugänglich und somit geschützt ist. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen das Anschlusselement an der Schraubenspitze ausgebildet ist, beispielsweise indem an der Schraubenspitze ein Ausleger mit dem Anschlusselement vorhanden ist. Dieser Ausleger kann in Einschraubrichtung von der Schraubenspitze abstehen.
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Das Anschlusselement kann für eine formschlüssige Verbindung ein Gewinde oder ein Rastmittel umfassen. Mit Rastmitteln können Schnappverbindungen/Verrastungen realisiert werden, welche das Berührschutzelement lösbar oder unlösbar, auf einfache formschlüssige Weise sicher mit dem Schraubenkörper verbinden können. Beispielsweise kann die Schraubenspitze einen axialen Anschlag umfassen, welchen ein komplementärer Rasthaken entgegen der Einschraubrichtung hintergreifen und somit eine formschlüssige Schnapp- bzw. Rastverbindung realisieren kann. Selbstverständlich können die komplementären Verbindungspartner, das Anschlusselement des Schraubenkörpers und das Verbindungsmittel des Berührschutzelementes, auch immer umgekehrt ausgestaltet sein, selbst wenn dies in der vorliegenden Beschreibung nicht explizit beschrieben sein sollte. Somit könnte beispielsweise auch das Berührschutzelement einen Rastanschlag, beispielsweise eine Hinterschneidung, aufweisen, in welche ein als Rasthaken ausgestaltetes Anschlusselement des Schraubenkörpers eingreifen und eine Schnappverbindung ausbilden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schraubenspitze einen Hohlraum mit einem Innengewinde aufweisen. Dieser Hohlraum kann beispielsweise als Sacklochgewinde ausgestaltet sein, das von der Schraubenspitze ausgehend, entgegen der Einschraubrichtung in den Schraubenkörper geformt ist. Ein solcher Hohlraum mit Innengewinde ist einfach, auch bei standardisierten Schraubenkörpern, zu fertigen. Das Berührschutzelement kann ein komplementäres Verbindungselement in Form einer Kopplungsseite mit Außengewinde aufweisen, das mit solch einem Anschlusselement form- und kraftschlüssig verbunden werden kann. Solche eine Schraubverbindung bietet eine robuste, zuverlässige, gleichwohl wiederholt lösbare Verbindungsmöglichkeit zwischen Berührungselement und Schraubenkörper.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Berührschutzelement einen Berührschutzkörper aufweisen, der zumindest an der Frontseite mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen ist. Diese Ausgestaltung erhöht die Flexibilität der erfindungsgemäßen Schraube. Der Berührschutzkörper kann in seinen Materialeigenschaften optimiert werden, beispielsweise hinsichtlich möglicher Impedanzen. Die Hauptfunktion, nämlich der Berührschutz, ist durch die mit dem elektrischen Material überzogene Frontseite sichergestellt. Bei dieser Ausführungsform kann der Berührschutzkörper, solange eine Frontseite mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen ist, unabhängig von dem elektrisch isolierenden Material ausgestaltet werden. Um die Frontseite mit einem elektrisch isolierenden Material zu überziehen, kann diese Frontseite entweder mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet, oder übergossen werden, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren. Die Frontseite kann auch, worauf nachfolgend noch näher im Detail eingegangen wird, von einem separaten Isolationselement abgedeckt werden.
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Eine besonders sichere Verbindung und eine gute Wärmeableitung sowie Impedanzbeeinflussung kann dadurch erreicht werden, dass der Berührschutzkörper aus einem Metall gefertigt ist.
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Der Berührschutzkörper kann, in einer Ausführungsform, eine Gewindestange sein, deren Gewinde an der Kopplungsseite das Verbindungsmittel darstellt. Dies ist eine kosteneffektive Lösung, insbesondere, wenn eine Gewindestange mit Standardindustriemaßen und Materialien als Berührschutzkörper verwendet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Berührschutzkörper allseitig von dem elektrisch isolierenden Material überzogen sein, was einen besonders effektiven Berührschutz an der Schraubenspitze gewährleistet, da der Berührschutz nicht nur an der Frontseite, sondern auch noch an den Flanken des Berührschutzkörpers bis hin zum Kopplungsbereich elektrisch isoliert ist. Der Berührschutzkörper kann auch aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein, z.B. monolithisch aus dem elektrisch isolierenden Material geformt sein, was ebenfalls einen besonders effektiven Berührschutz im Bereich der Schraubenspitze ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Berührschutzelement ein an der Frontseite des Berührschutzkörpers anbringbares Isolationselement umfassen. Das Isolationselement kann mit dem Berührschutzkörper form- und/oder kraftschlüssig verbunden sein. Das Isolationselement kann lösbar mit dem Berührschutzkörper verbunden, beispielsweise verschraubt oder mit diesem verrastet, sein. Als Fügeelemente, um die Verbindung zwischen Isolationselement und Berührschutzkörper herzustellen, kommen unter anderem die oben im Hinblick auf die Verbindung zwischen Anschlusselement des Schraubenkörpers und Verbindungsmittel des Berührschutzelementes beschriebenen Möglichkeiten in Betracht. So kann das Isolationselement mit einem Befestigungsmittel versehen sein, das ausgestaltet ist, das Isolationselement mit dem Berührschutzkörper zu verbinden. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Rasthaken, ein Gewinde oder ein Element einer Presspassung sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Isolationselement eine Isolationskappe sein. Eine solche Isolationskappe kann ausgestaltet sein, zumindest die Frontseite des Berührschutzkörpers abzudecken. Der Isolationskörper kann insbesondere ausgestaltet sein, nicht nur die Frontseite, sondern auch die sich an die Frontseite anschließenden Flanken des Berührschutzkörpers elektrisch isolierend abzudecken. Die Isolationskappe kann mit einem Innengewinde versehen sein, was ein komplementäres Verbindungsmittel zu einem Berührschutzkörper in Form einer Gewindestange darstellt.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren exemplarisch beschrieben. In den Figuren sind Elemente, die einander hinsichtlich Aufbau und/oder Funktion entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die bei den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigte und beschriebene Merkmalskombination dient lediglich zur Erläuterung. Nach Maßgabe der obigen Ausführungen kann ein Merkmal eines Ausführungsbeispiels weggelassen werden, wenn es auf dessen technischen Effekt bei einer bestimmten Anwendung nicht ankommt. Umgekehrt kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen bei einem Ausführungsbeispiel ein weiteres Merkmal hinzugefügt werden, wenn dessen technischer Effekt für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft sein sollte.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung mit einem erfindungsgemäßen Steckverbinder, der eine erfindungsgemäße Schraube gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst, in einem verbundenen Zustand;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Steckverbinders mit einer erfindungsgemäßen Schraube gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 3A und B die Elemente der Befestigungsschraube aus 1 mit einem schematisch perspektivisch dargestellten Schraubenkörper sowie einer geschnittenen Darstellung der Teile des Berührschutzelementes, im Zustand vor der Montage (3A) sowie ein Ausschnitt dieser Schraube im montierten Zustand (3B);
- 4 ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Befestigungsschraube gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung eines Berührschutzelementes gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 6 ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsschraube in einer schematischen Schnittdarstellung.
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Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 der grundsätzliche Kontext der erfindungsgemäßen Schraube 1 in einem Steckverbinder 2, der Teil einer berührungslosen Steckverbindung 3 sein kann, erläutert, bevor konkrete Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schraube 1 unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 präsentiert werden.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer berührungssicheren Steckverbindung 3 im verbundenen bzw. geschlossenen Zustand. Die elektrische Steckverbindung 3 weist einen elektrischen Steckverbinder 2 und einen elektrischen Gegensteckverbinder 4 auf. Der elektrische Steckverbinder 2 umfasst ein elektrisch isolierendes Steckverbindergehäuse 5, ein Kontaktelement 6 und eine Schraube 1, die man auch als Befestigungsschraube bezeichnen kann. Auf die konkrete Ausgestaltung der Befestigungsschraube 1 wird später im Detail eingegangen.
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Das Kontaktelement 6 ist im Steckverbindergehäuse 5 aufgenommen und entlang einer Verbindungsrichtung V, in welcher der Steckverbinder 3 mit seinem Gegensteckverbinder 4 mechanisch und elektrisch verbunden wird, zugänglich.
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Der Gegensteckverbinder 4 umfasst ein Gegensteckverbindergehäuse 7, in welchem das Gegenkontaktelement 8 aufgenommen ist. Im verbundenen Zustand der Steckverbindung 3, die in 1 dargestellt ist, ist das Kontaktelement 6 des Steckverbinders 3 mit dem Gegenkontaktelement 8 des Gegensteckverbinders 4 elektrisch leitend verbunden.
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Das Kontaktelement 6 kann mit einem elektrischen Leiter 9, beispielsweise einem Flachbandkabel, verbunden sein.
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Das Kontaktelement 6 weist eine Durchgangsbohrung 10 auf, welche der Schraubenkörper 11 der Schraube 1 durchdringt. Der Schraubenkörper 11 umfasst einen Schraubenkopf 12 und einen vom Schraubenkopf 12 ausgehenden und sich entlang einer Einschraubrichtung E bis zu einer Schraubenspitze 13 erstreckenden Schraubenschaft 14. Der Schraubenschaft ist, insbesondere im Bereich der Schraubenspitze 13 mit einem Schraubgewinde 15 versehen. Die Schraubenspitze 13 und der mit dem Schraubgewinde 15 versehene Teil des Schraubenschaftes 14 ist an der Kontaktierungsseite 16 des Steckverbindergehäuses 5, im Bereich des Kontaktelementes 6 angeordnet. Über das Schraubengewinde 15 kann der Steckverbinder 2 mit einem Innengewinde 17 des Gegensteckverbinders 4 mechanisch verbunden und im verbundenen Zustand gehalten werden.
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Der Schraubenkopf 12 ist von der Befestigungsseite 18 des Steckverbinders 3 aus zugänglich und mit einer Schnittstelle 19 zum Eingreifen eines Werkzeugs versehen, mit dem die Befestigungsschraube 1 mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann. Bei der Schnittstelle 19 kann es sich beispielsweise um einen Innensechskant, um einen Innensechsrund, einen Schlitz, einen Kreuzschlitz oder einen Außensechskant bzw., wie in der gezeigten Ausführungsform, ein Außensechsrund oder eine sonstige Norm handeln.
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Bei dem Schraubgewinde 15 kann es sich um ein beliebiges Gewinde handeln, wobei metrische Isogewinde (DIN 13-1) eingesetzt werden können, beispielsweise ein Regelgewinde mit einem Nennmaß, z. B. M3, M4, M5, M6 oder M8.
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Beim Schraubenkörper 12 ist am Übergang zwischen Schraubenkopf 12 und Schraubenschaft 14 eine Anpressfläche 20 vorgesehen, welche in Einschraubrichtung E weist und über welche die Kraftübertragung auf das Kontaktelement 6 erfolgt. Die Anpressfläche 20 wird vom sogenannten Kinn des Schraubenkopfes 12 gebildet.
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Um den Steckverbinder2 auch an der Befestigungsseite 18 berührungssicher auszugestalten, ist der Schraubenkopf 12 mit einer elektrisch isolierenden Schutzkappe 21 abgedeckt, so dass weder das Werkzeug, noch ein Finger eines Benutzers an der Befestigungsseite 18 mit einem elektrisch leitenden Bereich der Schraube 1 in Berührung kommen kann, wenn die Schraube 1 angezogen wird, um den Steckverbinder 2 mit dem Gegensteckverbinder 4 mechanisch und elektrisch leitend zu verbinden.
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Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, ist nicht nur die Befestigungsseite 18, sondern auch die gegenüberliegende Kontaktierungsseite 16 des Steckverbinders 2 aufgrund der erfindungsgemäßen Schraube 1 mit ihrem Berührschutzelement 22 berührungssicher ausgestaltet. Das Berührschutzelement 22 ist dabei am Steckverbinder 1 so angeordnet und ausgerichtet, dass es den Zugang zum Kontaktelement 6 an der Kontaktierungsseite 16 im Zusammenspiel mit dem Steckverbindergehäuse 5 ausschließt, weil es die Zugangsöffnung 23 blockiert, insbesondere für einen menschlichen Finger.
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Die 3A und B zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraube 1 für eine berührungssichere Steckverbindung 3, die beispielsweise in dem Steckverbinder 2 bzw. der Steckverbindung 3 der 1 umfasst ist. Die 3A zeigt einen Schraubenkörper 11 in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Die Elemente des Berührschutzelementes 22 dieser Ausführungsform sind schematisch in einem Längsschnitt dargestellt. Die 3B zeigt den Bereich des Schraubenschaftes 14 mit dem Schraubgewinde 15 und der Schraubenspitze 13, im montierten Zustand, d. h. mit verbundenem Berührschutzelement 22.
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An der Schraubenspitze 13 ist ein Anschlusselement 24 ausgebildet. Das Anschlusselement 24 kann einen Hohlraum 57 zur Aufnahme der Kopplungsseite 26 des Berührschutzelementes 22 aufweisen. In der beispielhaften Ausführungsform der 3 ist das Anschlusselement 24 als Sacklochbohrung 25 ausgebildet, welche sich von der Schraubenspitze 13 ausgehend entgegen der Einschraubrichtung E in das Innere des Schraubenschaftes 14 hinein erstreckt. Die Sacklochbohrung 25 hat einen vorbestimmten Sacklochdurchmesser D25.
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Das Berührschutzelement 22 ist an einer Kopplungsseite 26 mit einem Verbindungsmittel 27 versehen. Das Verbindungsmittel 27 ist als komplementärer Verbindungspartner zum Anschlusselement 24 des Schraubenkörpers 11 ausgestaltet, das Berührschutzelement 22 mit dem Schraubenkörper 11 zu verbinden. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verbindung als Pressverbindung. Das Berührschutzelement 22 weist als Verbindungsmittel 27 einen Presskegel 28 auf. Die Presskegelspitze 29 an der Kopplungsseite 26 hat einen Durchmesser D29, der kleiner als der Durchmesser D25 der Sacklochbohrung 25 ist. Von der Presskegelspitze 29 ausgehend verbreitert sich der Presskegel 28 bis zu einem Übergangsbereich 30. In diesem Übergangsbereich 30 ist der Durchmesser D30 des Presskegels 28 größer als der Durchmesser D25 der Sacklochbohrung. So kann das Berührschutzelement 22 mit seinem Presskegel 28 in die Sacklochbohrung 25 eingepresst und durch diese Pressverbindung mit dem Schraubenkörper kraftschlüssig verbunden werden.
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Das Berührschutzelement 22 der Ausführungsform aus 3 wird nicht nur durch den Berührschutzkörper 31 mit dem Presskegel 28 ausgebildet, sondern auch noch durch ein an der Frontseite 32 des Berührschutzkörpers 31 anbringbares Isolationselement 33, das in 3A separat und in 3B im montierten Zustand, also am Berührschutzkörper 31 angebracht dargestellt ist.
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Die Frontseite 32 des Berührschutzkörpers 31 ist der Kopplungsseite 26 entgegengesetzt. Im montierten Zustand ist das Berührschutzelement 22 der 3 in Einschraubrichtung E mit dem Schraubenschaft 14 fluchtend an der Schraubenspitze 13 verbunden. Der Außendurchmesser D33 des Isolationselementes 33 ist kleiner als der Durchmesser D15 des Schraubgewindes 14, so dass das verbundene Berührschutzelement 22 ein Einschrauben der Schraube 1 nicht behindert.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das Isolationselement 33 als Isolationskappe 34 ausgestaltet, welche in montiertem Zustand die Frontseite 32 und den Teil des Berührschutzkörpers 31, insbesondere dessen Übergangsbereich 30, abdeckt, welcher aus der Schraubenspitze 13 im verbundenen Zustand hinausragt.
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Die Isolationskappe 34 wird in der gezeigten Ausführungsform mit dem Berührschutzkörper 31 über eine Rastverbindung bzw. Schnappverbindung formschlüssig verbunden. Der Berührschutzkörper 31 weist an seiner Frontseite einen Rastanschlag 35 auf. Dazu ist die Frontseite 32 des Berührschutzkörpers 31 pilzkopfförmig ausgestaltet und bildet einen Kragen 36, mit einem Kragendurchmesser D36, der größer als der Durchmesser D30 am Übergangsbereich und kleiner als der Außendurchmesser D33 der Isolationskappe 34 ist. Der vom Kragen 36 gebildete Rastanschlag 35 weist im Wesentlichen in Richtung Presskegelspitze 29.
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Die Isolationskappe 34 umfasst Rastarme 37, die elastisch auslenkbar sind und die mit dem Rastanschlag 35 eine Schnappverbindung ausbilden. Die Rastarme 37 weisen an ihrem distalen Ende Rasthaken 38 auf, die mit dem vom Kragen 36 gebildeten Rastanschlag 35 in Eingriff gebracht werden können, um die Isolationskappe 34 in Einschraubrichtung E axial am Berührschutzkörper 31 zu sichern, wie in 3B gezeigt ist. Das verbundene Berührschutzelement 22 ist somit eine elektrisch isolierende Oberfläche an der Frontseite 32, die im Verbund von Schraubenkörper 11 und Berührschutzelement 22 in Einschraubrichtung E weist, und gewährleistet den Berührschutz. Die Rasthakten 38 bilden Befestigungsmittel 39, die ausgestaltet sind, das Isolationselement 33 mit dem Berührschutzkörper 31 zu verbinden, im Ausführungsbeispiel der 3A und B mittels einer Rast- bzw. Schnappverbindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraube 1 dargestellt. In 4 ist lediglich der vordere Teil des Schraubenschaftes 14 mit der Schraubenspitze 13 und dem Anschlusselement 24 gezeigt, in einer schematischen Darstellung im Längsschnitt. Der Berührschutzkörper 31 des Berührschutzelementes 22 ist als schematische Seitenansicht dargestellt und das Isolationselement 33 ist in 4, in einer schematischen Seitenansicht, teilweise geschnitten zu sehen.
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Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede dieser Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Schraube im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform der 3 näher eingegangen.
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In der Ausführungsform der 4 ist der Schraubenschaft 14 an seiner Schraubenspitze 13 ebenfalls mit einem Hohlraum 57 ausgestaltet. Das Anschlusselement 24 hat ebenfalls die Art eines Sacklochs 25. Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform ist die Sacklochbohrung 25 des Anschlusselementes 24 in 4 mit einem Innengewinde 40 als Anschlusselement 24 versehen. Konkret ist das Anschlusselement 24 in 4 als Sacklochgewinde 41 ausgestaltet, was eine Verschraubung und somit eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Berührschutzelement 22 und Schraubenkörper 11 ermöglicht.
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Der Berührschutzkörper 31 ist in der Ausführungsform der 4 als Gewindestange 42 ausgestaltet. Der Durchmesser D43 des Stangengewindes 43 entspricht dem Innengewinde 40 des Sacklochgewindes 41, so dass die Gewindestange 42 in das Sacklochgewinde 41 eingeschraubt werden kann. Mittels des Stangengewindes 43 als Verbindungsmittel 27 kann das Berührschutzelement 22 einfach und konstruktiv sicher mit dem Anschlusselement 42 des Schraubenkörpers 11, nämlich dem Innengewinde 40 des Sacklochgewindes 41, verbunden werden.
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Zur elektrischen Isolation der Frontseite 32 der Gewindestange 42 ist ein Isolationselement 33 vorgesehen, das als Isolationskappe 34 ausgestaltet ist. Im Unterschied zur Ausführungsform der 3 umfasst die Isolationskappe 34 dieser Ausführungsform ein Kappengewinde 44, mit welchem die Isolationskappe 34 auf die Frontseite 32 der Gewindestange 42 aufgeschraubt werden kann.
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Die Ausführungsform der 4 ist modular und flexibel einsetzbar, gleichwohl kostengünstig herzustellen, insbesondere, wenn Standardgewindestangen verwendet werden. Über die Länge L42 kann man die Gesamtlänge der Schraube 11 und insbesondere des Bereichs des Berührschutzelementes 22 konstruktiv einfach zielgenau einstellen. Die Isolationskappe 34 ist topfförmig ausgeformt, wobei der Kappenboden 45 im montierten Zustand an der Frontseite 32 der Gewindestange 42 anliegt und diese elektrisch isoliert. Die seitliche Kappenwandung 46 deckt die lateralen Flanken 47 der Gewindestange 42 an deren Frontseite 32 ab und isoliert diese Bereiche. Durch die Wahl der Kappenlänge L46, kann auf einfache Weise festgelegt werden, über welche Länge der Gewindestange 42 dessen Flanken 47 isoliert werden sollen.
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Der modulare Aufbau der Schraube 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 4 erlaubt viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten und eine Wiederverwendung der Schraube 1, auch in anderen Umgebungen. Dazu müsste beispielsweise nur die Gewindestange 42 bzw. die Isolationskappe 34 ausgetauscht und an die geänderte Geometrie der neuen Steckverbindung 3 angepasst werden. Auch hinsichtlich einer Wartung und Reparatur ist diese Ausführungsform vorteilhaft.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Berührschutzelementes 22 dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst ein Berührschutzelement 22 mit einem stangenförmigen Berührschutzkörper 31, der beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein kann, was eine gute Festigkeit bewirkt. Der Berührschutzkörper 31 ist allseitig von einem Überzug 48 umschlossen. Der Überzug 48 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material und sorgt dafür, dass das Berührschutzelement 22 dieser Ausführungsform die erforderliche Berührsicherheit gewährleistet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist der Überzug mit einem Stangengewinde 43 geformt, so dass das Berührschutzelement 22 in der Ausführungsform der 5 die Gestalt einer nach au-ßen elektrisch isolierenden Gewindestange 42 annimmt. Auf eine Isolationskappe 34 kann bei dieser Ausführungsform verzichtet werden. Das Isolationselement 33 der 5 ist somit der elektrisch isolierende Überzug 48. Der Überzug 48 kann beispielsweise im Spritzgussverfahren direkt als Stangengewinde 43 um den Berührschutzkörper 31 geformt werden. Es ist auch möglich, den Berührschutzkörper 31 zunächst mit dem Überzug 48 zu beschichten und anschließend in die Beschichtung das Stangengewinde 43 zu formen.
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Schließlich wird auch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraube 1 unter Bezugnahme auf die 6 eingegangen. In 6 ist der Frontbereich 32 des Schraubenkörpers 11 mit befestigtem Berührschutzelement 22 schematisch in einem Längsschnitt dargestellt.
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An der Schraubenspitze 13 ist abermals eine Sacklochbohrung 25 vorgesehen, die von der Schraubenspitze 13 ausgehend entgegen der Einschraubrichtung E in den Schraubenschaft 14 hineingeformt ist.
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Als Anschlusselement 24 ist bei dieser Ausführungsform ein formschlüssiges Anschlusselement 24 in Gestalt eines Rastmittels 58 ausgebildet. Dazu ist am Grundloch 49, also den Teil der Sacklochbohrung 25, welcher der Öffnung an der Schraubenspitze 13 gegenüberliegt, ein Hinterschnitt in Form einer Auskragung 50 vorgesehen, in welcher sich der Durchmesser der Sacklochbohrung 25 auf einen Auskragungsdurchmesser D50 erweitert. Durch die Auskragung 50 entsteht am Grundloch 49 eine umlaufende Rille 51, welche einen Verbindungsabsatz 52 bereitstellt, der entgegen der Einschraubrichtung E weist.
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Mit diesem Verbindungsabsatz 52 können Verbindungsflächen 53 des Berührschutzelementes 22 formschlüssig in Eingriff gebracht werden, um das Berührschutzelement 22 am Anschlusselement 24 zu befestigen.
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Der Berührschutzkörper 31 des Berührschutzelementes 22 ist im Wesentlichen zylinderförmig mit Abmessungen, die komplementär zum Durchmesser D25 der Sacklochbohrung 25 sind. An der Kopplungsseite 26 des Berührschutzkörpers 31 sind als Verbindungsmittel 27 elastisch auslegbare Verbindungsarme 54 angeordnet. Die Verbindungsarme 54 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Berührschutzkörpers 31, welche in montiertem Zustand mit der Einschraubrichtung E kongruiert, vom Berührschutzkörper 31 weg. Am distalen Ende 55 der Verbindungsarme 54 sind die Rasthaken 38 angeordnet.
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Das Berührschutzelement 22 der 4 kann einfach mit dem Schraubenkörper 11 verbunden werden, indem es mit den Rasthaken 38 voran in die Sacklochbohrung 25 eingeführt wird. Dabei werden die Verbindungsarme 54 nach innen, aufeinander zu ausgelenkt, bis sie in der als Rille 51 geformten Auskragung 50 liegen, wo sie in ihren Ruhezustand zurückfedern. Dabei kommen die Verbindungsflächen 53 der Rasthaken 38 mit dem Verbindungsabsatz 52 der Rille 51 in Eingriff und das Berührschutzelement 22 wird am Schraubenkörper 11 formschlüssig gesichert.
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Der Berührschutzkörper 51 der 6 weist an seiner Frontseite 32 einen Berührschutzkopf 56 auf. In diesem Bereich ist der Durchmesser D56 verbreitert, um eine bessere Berührschutzwirkung zu erzielen. Der Durchmesser D56 des Berührschutzkopfes ist allerdings kleiner als der Durchmesser D15 des Schraubengewindes.
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Das Berührschutzelement 22 in der in 6 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist monolithisch, also einstückig aus Kunststoff, gefertigt und kann beispielsweise mittels Spritzgussverfahren hergestellt werden. Das erlaubt eine kostengünstige Produktion hoher Stückzahl und realisiert sowohl die elektrisch isolierbaren Eigenschaften, als auch die Ausbildung der elastisch verformbaren Verbindungsarme 54 mit den Verbindungshaken.
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Bezugszeichen
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- 1
- Schraube
- 2
- Steckverbinder
- 3
- Steckverbindung
- 4
- Gegensteckverbinder
- 5
- Steckverbindergehäuse
- 6
- Kontaktelement
- 7
- Gegensteckverbindergehäuse
- 8
- Gegenkontaktelement
- 9
- elektrischer Leiter
- 10
- Durchgangsbohrung
- 11
- Schraubenkörper
- 12
- Schraubenkopf
- 13
- Schraubenspitze
- 14
- Schraubenschaft
- 15
- Schraubgewinde
- 16
- Kontaktierungsseite
- 17
- Innengewinde
- 18
- Befestigungsseite
- 19
- Schnittstelle
- 20
- Anpressfläche
- 21
- Schutzkappe
- 22
- Berührschutzelement
- 23
- Zugangsöffnung
- 24
- Anschlusselement
- 25
- Sacklochbohrung
- 26
- Kopplungsseite
- 27
- Verbindungsmittel
- 28
- Presskegel
- 29
- Presskegelspitze
- 30
- Übergangsbereich
- 31
- Berührschutzkörper
- 32
- Frontseite
- 33
- Isolationselementes
- 34
- Isolationskappe
- 35
- Rastanschlag
- 36
- Kragen
- 37
- Rastarm
- 38
- Rasthaken
- 39
- Befestigungsmittel
- 40
- Innengewinde
- 41
- Sacklochgewinde
- 42
- Gewindestange
- 43
- Stangengewinde
- 44
- Kappengewinde
- 45
- Kappenboden
- 46
- Kappenwandung
- 47
- lateralen Flanken
- 48
- isolierender Überzug
- 49
- Grundloch
- 50
- Auskragung
- 51
- Rille
- 52
- Verbindungsabsatz
- 53
- Verbindungsfläche
- 54
- Verbindungsarm
- 55
- distales Ende
- 56
- Berührschutzkopf
- 57
- Hohlraum
- 58
- Rastmittel
- D15
- Durchmesser Schraubgewinde
- D25
- Durchmesser Sacklochbohrung
- D29
- Durchmesser an Spitze des Presskegels
- D30
- Durchmesser Übergangsbereich
- D33
- Durchmesser Isolationselement
- D36
- Durchmesser Kragen
- D43
- Durchmesser Stangengewinde
- D50
- Durchmesser Auskragung
- D56
- Durchmesser Berührschutzkopf
- E
- Einschraubrichtung
- L42
- Länge Gewindestange
- L46
- Länge Kappenwandung
- V
- Verbindungsrichtung
