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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktverbindung für ein Fahrzeug, aufweisend ein erstes Kontaktelement, das mit einem Fahrzeugteil verbunden ist, und einem dazu komplementären zweiten Kontaktelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen elektrischen Mehrfachanschluss für ein Fahrzeug mit einer Vielzahl an derartigen elektrischen Kontaktverbindungen sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Kontaktverbindung und/oder einem derartigen elektrischen Mehrfachanschluss.
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Im Fahrzeugbau werden elektrische Kontaktverbindungen eingesetzt, um elektrische Bauteile mit Strom zu versorgen oder elektrisch leitend miteinander zu verbinden.
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Aus
DE 10 2019 129 719 A1 geht eine Kontaktverbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Leiterplatte hervor. Die erste Leiterplatte umfasst im Bereich der Kontaktverbindung einen Anschlussstift und die zweite Leiterplatte umfasst im Bereich der Kontaktverbindung eine Durchstecköffnung, in die der Anschlussstift hindurchgesteckt und durch einen Umformvorgang derart umgeformt ist, dass zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte eine formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
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Aus
DE 10 2012 007 967 A1 geht ein Kabelschuh zur elektrischen Anbindung einer Masseleitung an eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeuges hervor. Der Kabelschuh ist verliersicher und drehbar eine Schraube angeordnet, die in einen Massebolzen des Kraftfahrzeuges eindrehbar ist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktverbindungen haben den Nachteil, dass zum Herstellen der Kontaktverbindung in der Endmontage ein Werkzeug erforderlich ist, was den Montageaufwand erhöht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktverbindung sowie ein Fahrzeug zu schaffen, die eine verbesserte Montage aufweisen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektrische Kontaktverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein elektrischer Mehrfachanschluss mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 16 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Kontaktverbindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Kontaktverbindung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Die elektrische Kontaktverbindung weist ein erstes Kontaktelement, das mit einem Fahrzeugteil verbunden ist, und einem dazu komplementären zweiten Kontaktelement auf, wobei die beiden Kontaktelemente mittels einer Steck-Dreh-Verriegelung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Durch die Steck-Dreh-Verriegelung ist ein werkzeugloses Fügen in der Endmontage beim Fahrzeughersteller möglich, so dass der Montageaufwand verringert wird. Dadurch wird eine Erhöhung des Automatisierungsgrades in der Fertigung und Montage ermöglicht. Zudem schafft die Steck-Dreh-Verriegelung eine Funktionsintegration der elektrischen Verbindung und der mechanischen Verrastung. Ferner wird der benötigte axiale Fügeweg und dadurch werden Überlängen am Leitungssatz verringert. Ferner gewährleistet die Steck-Dreh-Verriegelung eine robuste Umsetzung einer Last- beziehungsweise Massekontaktierung in hoher Stückzahl. Darüber hinaus sind Mehrfachanschlüsse, beispielsweise galvanisch verbunden oder galvanisch getrennt möglich und der Anschluss einzelner Kabelbaummodule ist möglich. Die Stromübertragung kann ohne zusätzliche Bolzen oder Pins erfolgen. Schließlich schafft die Steck-Dreh-Verriegelung eine Erhöhung der Qualität der Verbindung und eine Verbesserung der Konfektionierbarkeit bei der Leitungssatzproduktion und ist platzsparend und damit skalierbar.
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Die erfindungsgemäße elektrische Kontaktverbindung ermöglicht die Anordnung der Kontaktelemente im rotationssymmetrischen System. Dadurch sind eine verdeckte Ausführung der Kontaktzonen sowie ein vereinfachter Montageprozess ohne Schraubverbindung möglich.
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Vorteilhaft ist das erste Kontaktelement stoffschlüssig mit dem Fahrzeugteil verbunden. Dadurch kann das erste Kontaktelement bereits im Rohbau der Karosserie mit einem Fahrzeugteil, beispielsweise einem Karosserieblech, stoffschlüssig, beispielsweise durch Rotationsreibschweißen, verbunden werden.
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Vorteilhaft wird die elektrische Kontaktverbindung dazu eingesetzt, um eine Masseleitung eines elektrisches Bauteils an ein Fahrzeugteil, wie beispielsweise einem Karosserieblech, anzuschließen.
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Die Montage der elektrischen Kontaktverbindung an einem Fahrzeug kann wie folgt durchgeführt werden. Zuerst wird das erste Kontaktelement stoffschlüssig, beispielsweise mittels Rotationsreibschweißen, mit einem Fahrzeugteil, beispielsweise einem Karosserieblech, verbunden. Dies kann bereits im Karosserierohbau erfolgen. In der Endmontage des Fahrzeugs wird dann das zweite Kontaktelement mittels der Steck-Dreh-Verriegelung mit dem ersten Kontaktelement verbunden. Um eine elektrisch leitende Verbindung zu erzeugen, wir das zweite Kontaktelement mit einer elektrischen Leitung verbunden beziehungsweise angeschlossen. Hierzu kann das zweite Kontaktelement einen Schaft aufweisen, der mit der elektrischen Leitung verbunden ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Kontaktelement als ein Hohlzylinder mit am Innenumfang angeordneten ersten Klauen, die zueinander beabstandet sind, ausgebildet, und das zweite Kontaktelement ist als ein Anschlussstück mit am Außenumfang angeordneten zweiten Klauen, die zueinander beabstandet sind, ausgebildet, wobei zum Verriegeln das Anschlussstück in den Hohlzylinder eingesteckt ist, indem die zweiten Klauen zwischen den ersten Klauen in den Hohlzylinder eingeführt sind, und das Anschlussstück im eingesteckten Zustand relativ zu dem Hohlzylinder verdreht ist, so dass sich die Klauen in einer Axialrichtung zumindest abschnittsweise überdecken. Die segmentierte Unterteilung des ersten Kontaktelements ermöglicht eine werkzeuglose Verbindungsherstellung durch Verdrehen des zweiten Kontaktelements mit geringem Drehwinkel und nahezu ohne axialem Fügeweg. Das Anschlussstück kann einen zylinderförmigen Abschnitt, beispielsweise in Form eines Schaftes, aufweisen, an dem eine elektrische Leitung anschließbar ist.
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Vorteilhaft weist das als Hohlzylinder gebildete erste Kontaktelement endseitig einen umlaufenden Absatz beziehungsweise Rand auf, der zusammen mit den den zweiten Klauen zugewandten Innenflächen der ersten Klauen im verriegelten Zustand eine elektrische Kontaktfläche erzeugen. Somit realisieren die zweiten Klauen des Anschlussstücks sowohl die Verriegelung in z-Richtung als auch den elektrischen Kontakt, indem die zweiten Klauen zwischen den ersten Klauen und dem umlaufenden Absatz beziehungsweise Rand, der als Spannfläche dient, gespannt wird. Der umlaufende Absatz beziehungsweise Rand bildet somit eine Spannfläche, wobei die zweiten Klauen zwischen den ersten Klauen und dem Rand verspannt sind und dadurch eine elektrische Kontaktierung erzeugen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die zum Verriegeln einen Formschluss zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement erzeugt, um ein Entriegeln zu verhindern. Die Verriegelung verhindert, dass die Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement unbeabsichtigt entriegelt wird. Zudem stellt eine formschlüssige Verriegelung eine einfache und kostengünstige Sicherung gegen eine Entriegelung dar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verriegelungsvorrichtung einen Schieber auf, der verschiebbar an dem ersten Kontaktelement und/oder dem zweiten Kontaktelement angeordnet ist, wobei der Schieber nach dem Verriegeln der beiden Kontaktelemente durch Einwirken einer Kraft in eine Verraststellung überführbar ist, in welcher der Schieber an einer Oberseite des ersten Kontaktelementes anliegt und zwischen der ersten Klaue und der zweiten Klaue angeordnet ist. Der daraus resultierende Formschluss des Schiebers zwischen den beiden Kontaktelementen verhindert ein unbeabsichtigtes Öffnen durch Rückdrehen des Anschlussstücks. Vorteilhaft befindet sich der Schieber vor dem Überführen in die Verraststellung in einer Vorraststellung. Weiterhin vorteilhaft ist der Schieber in einer Schieberführung an einem Schaft des zweiten Kontaktelements verschiebbar angeordnet. Nach der Montage, also nach dem Verriegeln der beiden Kontaktelemente, kann der Schieber entlang der Schieberführung zwischen den Klauen geschoben werden. Das Verriegeln erfolgt in Richtung des Fahrzeugteils, beispielsweise eines Karosserieblechs, mit einer Kraft und endet bei Erreichen eines Anschlags, welcher sich aus der Form des Schiebers und einer Oberkante des zweiten Kontaktelements ergibt. Vorteilhaft weist der Schieber eine Basisplatte mit einem Vorsprung, der in die Schieberführung eingreift, und zwei von der Basisplatte abragende Schenkel auf, die eine Wand des ersten Kontaktelementes umschließen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verriegelungsvorrichtung aus einer Hülse mit einer am Außenumfang eingebrachten Nut, die in Drehrichtung eine ansteigende Führung mit einem Hinterschnitt aufweist, und einem als Hohlzylinder ausgebildeten zweiten Kontaktelementes mit einem vom Innenumfang abragenden Pin gebildet, wobei die Hülse am Außenumfang erste Klauenabschnitte der zweiten Klauen und das zweite Kontaktelement am Außenumfang zweite Klauenabschnitte der zweiten Klauen aufweist, wobei zum Verriegeln die Hülse in das Anschlussstück derart eingesetzt ist, dass der Pin in die Nut eingreift und das Anschlussstück relativ zu der Hülse derart verdreht ist, dass der Pin in einer Endposition in den Hinterschnitt eingreift und sich die Klauenabschnitte kontaktieren. Vorteilhaft erfolgt die Verriegelung über einen Anschlag und einen Hinterschnitt. Hierzu werden die zweiten Klauen in eine obere und eine untere geteilt und über die Hülse axial im ersten Kontaktelement gelagert. In der Hülse befindet sich die Nut mit einer ansteigenden Geometrie als Führung mit einem Hinterschnitt, in den der Pin in der verriegelten Position eingreift. In diese Nut greift die Gegengeometrie in Form des Pins ein. Nach der Montage des zweiten Kontaktelements, in dem die Hülse in das Anschlussstück eingesetzt ist, befindet sich der Pin beweglich in einer Endraststellung, welche durch die Geometrie definiert wird. Zur Montage des zweiten Kontaktelements mit dem ersten Kontaktelement wird das zweite Kontaktelement auf den Rand beziehungsweise auf die durch den umlaufenden Rand gebildete Spannfläche aufgedrückt, wodurch eine Reibung entsteht, und anschließend bis zur Endposition in der Führung verdreht, bis der Pin in den Hinterschnitt der Nut eingreift. Die infolge der Reibung entstehende Kraft wirkt kontaktverbessernd und ermöglicht eine zusätzliche geometrische Fixierung durch Hinterschneidungen an den Klauen, da beim Fügen eine klare Bewegung realisiert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung verjüngt sich eine den zweiten Klauen zugewandte Innenfläche der ersten Klauen in Drehrichtung, so dass durch Verdrehen des Anschlussstücks relativ zu der Hülse die ersten Klauen in die sich verjüngende Innenfläche form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt sind. Der aus der Keilgeometrie resultierende Formschluss verhindert ein unbeabsichtigtes Öffnen durch Rückdrehen des ersten Kontaktelements. Vorteilhaft weist eine der ersten Klaue zugewandte Außenfläche der zweiten Klaue eine plane Fläche oder eine zu der Innenfläche der ersten Klaue korrespondierende sich verjüngende Fläche auf. Durch Verdrehen des Anschlussstücks relativ zu der Hülse greift die zweite Klaue insbesondere die keilförmige oder plane Außenfläche in die verjüngende Geometrie der ersten Klaue ein. Dadurch wird die innere Geometrie durch die erste Klaue und den Rand beziehungsweise die Spannfläche aufgespannt und entspricht in der Form einem asymmetrischen Trapez.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die ersten Klauen eine Rastsenke und die zweiten Klauen eine dazu korrespondierende Rastnase auf, wobei durch Verdrehen des zweiten Kontaktelementes relativ zu dem ersten Kontaktelement die Rastnase in die Rastsenke formschlüssig eingreift. Dadurch ist kein axialer Fügeweg nötigt, dafür leichte erhöhte radiale Fügekräfte, welche durch eine in die erste Klaue eingebrachte Einführschräge reduziert werden können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt die Rastnase in Axialrichtung der Hülse von der zweiten Klaue ab.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweiten Klauen in zwei in Axialrichtung zueinander beabstandete Klauenabschnitte unterteilt, wobei sich eine den zweiten Klauen zugewandte Innenfläche der ersten Klauen in Drehrichtung konisch erweitert, so dass sich beim Verdrehen des Anschlussstückes relativ zu der Hülse die beiden Klauenabschnitte in Axialrichtung aufeinander zu bewegen und form- und/oder kraftschlüssig kontaktieren. Die so geschaffene Verbindung ist vollständig formschlüssig, axial und radial, was einer Verriegelung gleichkommt.
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Zusätzlich kann die axiale Bewegung nachstellend ausgeführt werden, wodurch Langzeiteffekten, wie beispielsweise Kriechen oder Temperaturwechseln, entgegengewirkt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Innenfläche der ersten Klauen einen Hinterschnitt auf. Dadurch wird ein Abschrägen des der ersten Klaue zugewandten Klauenabschnitts notwendig, um eine ausreichende elektrische Kontaktfläche zu erzeugen. Um die Montage zu ermöglichen, erfolgt aufgrund des Hinterschnitts eine axiale Bewegung der beiden Klauenabschnitte zueinander.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist wenigstens eine erste Klaue einen Endanschlag auf, an dem im verriegelten Zustand eine zweite Klaue anliegt. Vorteilhaft weisen alle ersten Klauen einen Endanschlag auf, an dem im verriegelten Zustand die zweiten Klauen anliegen. Dadurch wird die Verriegelung an den ersten Klauen begrenzt. Der Endanschlag kann als ein von der ersten Klaue abragender Vorsprung ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Dichtung vorgesehen, die zum Abdichten der elektrischen Kontaktverbindung mit dem ersten Kontaktelement und/oder dem zweiten Kontaktelement verbunden ist, und die an dem Fahrzeugteil anliegt. Vorteilhaft ist die Dichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem zweiten Kontaktelement verbunden. Hierzu kann insbesondere in das zweite Kontaktelement eine umlaufende Dichtungsnut eingebracht werden, in die ein Abschnitt der Dichtung form- und/oder kraftschlüssig eingreift. Die Dichtung kann einen Dichtvorsprung aufweisen, der in die Dichtungsnut kraft- und/oder formschlüssig eingreift. Im Falle einer ganzheitlichen Dichtung umschließt die Dichtung sowohl einen radialen Abgang zu einer Leitung als auch die beiden Kontaktelemente und schließt dicht mit dem Fahrzeugteil, beispielsweise der Karosserie, ab. Radiale Dichtlippen der Dichtung werden während des Fügeprozesses an das Fahrzeugteil angeschmiegt. Im Falle einer radialen Teildichtung dichtet die Dichtung ausschließlich die Verbindung zwischen den beiden Kontaktelementen ab.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement in zwei oder mehr Teile geteilt, die form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist das zweite Kontaktelement in zwei oder mehr Teile geteilt, die form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Teile können mittels einer Schwalbenschwanzführung formschlüssig miteinander verbunden sein. So können die Teile mittels der Schwalbenschwanzführung flanken- und/oder stirnseitig an den Trennflächen miteinander verbunden sein. Durch die Segmentierung des zweiten Kontaktelements in mehrere Teile können einzelne Leitungen vorab separat an das Kontaktelement angeschlagen werden. Diese können im Anschluss jederzeit in der Produktion oder bei der Montage beim Hersteller zusammengeführt und montiert werden. Bei Nichtbelegung einer der Anschlüsse kann ein unkontaktiertes Blindstück eingefügt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen den Trennflächen ein Isolationsmaterial angeordnet. Vorteilhaft ist jedes der Teile auf einer Stromschiene angeordnet. Dadurch kann eine Kontaktierung, beispielsweise zweier Stromschienen, ohne elektrische Verbindung erfolgen. Die einzelnen Teile können stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Reibschweißen, auf den Stromschienen aufgebracht sein. Durch die Montage des zweiten Kontaktelements in das erste Kontaktelement entstehen getrennte galvanische Verbindungen. Das Isolationsmaterial kann ein elektrisch nicht leitendes Material oder Luft sein. Beispielsweise kann das zweite Kontaktelement in zwei Teile aufgeteilt und mit einer isolierenden Feder-Nut-Verbindung versehen sein. Das erste Kontaktelement wird äquivalent in zwei Teile aufgeteilt und isoliert oder durch einen Luftspalt getrennt. Dadurch kann eine Kontaktierung, beispielsweise zweier Stromschienen, ohne elektrische Verbindung erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Mehrfachanschluss für ein Fahrzeug vorgeschlagen, der eine Vielzahl an erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktverbindungen aufweist, wobei die elektrischen Kontaktverbindungen über ein Koppelgetriebe miteinander verbunden sind. Das Koppelgetriebe ermöglicht es, mehrere elektrische Kontaktverbindungen zu verbinden. Dadurch können alle verbundenen elektrischen Kontaktverbindungen mit einer Montageoperation verbunden beziehungsweise gelöst werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Koppelgetriebe eine Kuppelstange und Exzenterstangen auf, wobei jeweils eine Exzenterstange ein zweites Kontaktelment mit der Kuppelstange verbindet. Eine axiale Bewegung der Kuppelstange wird von den Exzenterstange in eine Drehbewegung umgewandelt, so dass sich die zweiten Kontaktelemente verdrehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktverbindung und/oder einem erfindungsgemäßen Mehrfachanschluss vorgeschlagen.
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Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement können wie folgt hergestellt werden.
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Das erste Kontaktelement kann über ein Stauchverfahren hergestellt werden. Hierzu kann durch eine Matrize ein Rohrhalbzeug von außen auf einen innengeführten Dorn gedrückt werden, wodurch die ersten Klauen geformt werden. Dabei entstehende äußere Sicken können später für das Handling und das Positionieren genutzt werden. Der Rand beziehungsweise die Spannfläche kann entweder nachträglich als Zusatzteil angebracht oder über Bördeln, Falzen oder Drücken aus dem bestehenden Material ausgeformt werden. Alternativ können Matrize und Dorn als Formwalze ausgeführt werden und die Kontur durch Abrollen rotatorisch erzeugt werden. Beide Verfahren sind großserientauglich und ermöglichen die schnelle Verarbeitung von stangenförmigen Halbzeugen, so dass die beiden Verfahren kostengünstig sind. Die elektrische Kontaktfläche der ersten Klauen muss gut konturiert sein, da sie maßgeblich funktionsbestimmend ist. Daher kann die elektrische Kontaktfläche durch Drehen oder axiales Stauchen über den Dorn, was ein Verpressen bewirkt, zusätzlich plastisch definiert werden.
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Das zweite Kontaktelement kann über ein kombiniertes Verfahren hergestellt werden, indem aus einem Rohrhalbzeug durch axiales Aufweiten und Drücken eine nach außen abstehende umlaufende Planfläche erzeugt wird. Diese kann anschließend durch Stanzen mit einer Matrize die Klauengeometrie erhalten. Damit entspricht die Höhe der zweiten Klaue einer Wandstärke des Rohrhalbzeugs. Alternativ kann das zweite Kontaktelement mittels eines Tiefziehprozesses erzeugt werden. Hierzu kann ein Rohr über einen Dorn und eine Matrize von innen nach außen ausgeformt werden. Die Nut für die Dichtung kann anschließend über einen Stauch- beziehungsweise Drückprozess in das Halbzeug eingebracht werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des zweiten Kontaktelements ist ein Schrumpfverfahren. Hierzu kann zuerst aus einem Rohrhalbzeug durch Ablängen und Sicken, wobei hierdurch eine Nut für eine Dichtung erzeugt wird, ein Schaft des zweiten Kontaktelements erzeugt werden. Im Anschluss kann mit einer Matrize aus einem Kontaktmaterial der Klauenring gestanzt werden. Die Blechstärke bestimmt dabei die Höhe der zweiten Klauen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des zweiten Kontaktelements ist ein Tiefziehverfahren. Hierzu wird ein Rohr über einen Dorn und eine Matrize von innen nach außen ausgeformt. Eine Nut für eine Dichtung kann anschließend über einen Stauch- beziehungsweise Drückprozess in das Halbzeug eingebracht werden.
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Des Weiteren kann das zweite Kontaktelement mittels eines Schrumpfverfahrens hergestellt werden. Hierbei wird zuerst aus einem Rohrhalbzeug durch Ablängen und Sicken ein Schaft des zweiten Kontaktelementes beziehungsweise Anschlussstücks erzeugt. Im Anschluss kann mit einer Matrize aus einem Kontaktmaterial ein Klauenring gestanzt werden. Die Blechstärke bestimmt dabei die Höhe der zweiten Klauen. Ein Stumpf des Klauenrings muss zuvor tiefgezogen oder gesickt werden, um den Schaft in dem Klauenring schrumpfen zu können. Durch einen Körnerschlag oder Sicken kann zusätzlich ein Formschluss bei den zuvor gefügten Teilen erzeugt werden.
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Zudem kann das zweite Kontaktelement mittels eines Schweißverfahrens hergestellt werden, indem zuerst aus einem Rohrhalbzeug durch Ablängen und Stauchen ein Schaft des zweiten Kontaktelementes beziehungsweise des Anschlussstücks erzeugt wird. Im Anschluss kann mit einer Matrize aus einem Kontaktmaterial H der Klauenring gestanzt werden. Die Blechstärke bestimmt dabei die Höhe der zweiten Klauen. Der Schaft wird beispielsweise durch Reibschweißen mit dem Klauenring verbunden.
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Nachfolgend werden eine elektrische Kontaktverbindung sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einer an einem Karosserieblech des Fahrzeugs angeordneten elektrischen Kontaktverbindung;
- 2 eine perspektivische Darstellung der Kontaktverbindung und des Karosserieblechs;
- 3 eine perspektivische Unteransicht eines ersten Kontaktelements der elektrischen Kontaktverbindung;
- 4 eine perspektivische Draufsicht auf das erste Kontaktelement;
- 5 eine perspektivische Unteransicht eines zweiten Kontaktelements der elektrischen Kontaktverbindung;
- 6 eine perspektivische Draufsicht auf das zweite Kontaktelement;
- 7 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Kontaktverbindung mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 8 einen Querschnitt durch die elektrische Kontaktverbindung und die Verriegelung von 7;
- 9 einen Querschnitt durch eine elektrische Kontaktverbindung mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 10 eine vergrößerte Darstellung einer Innenhülse mit einer am Außenumfang eingebrachten Nut der Verriegelungsvorrichtung von 9;
- 11 einen Querschnitt durch die beiden Klauen gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 12 einen Querschnitt durch die beiden Klauen gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 13 einen Querschnitt durch die beiden Klauen gemäß einer vierten Ausführungsform;
- 14 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Kontaktelement, das zweifach geteilt ist; wobei die Teile durch Schwalbenschwanzführungen miteinander verbunden sind
- 15 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Kontaktelement, das vierfach geteilt ist; wobei die Teile durch Schwalbenschwanzführungen miteinander verbunden sind
- 16 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Kontaktelement, das achtfach geteilt ist, wobei die Teile durch Schwalbenschwanzführungen miteinander verbunden sind;
- 17 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Kontaktelement, das zweifach geteilt ist, wobei zwischen den Trennflächen ein Isolationsmaterial angeordnet ist;
- 18 eine schematische Draufsicht auf ein zweifach geteiltes erstes Kontaktelement mit einem Isolationsmaterial zwischen den Trennflächen, wobei jedes Teil auf einer Stromschiene angeordnet ist;
- 19 eine schematische Darstellung einer 2-poligen Kontaktierung eines zweifach geteilten zweiten Kontaktelementes;
- 20 eine schematische Darstellung einer 4-poligen Kontaktierung eines vierfach geteilten zweiten Kontaktelementes;
- 21 eine schematische Darstellung einer 8-poligen Kontaktierung eines achtfach geteilten zweiten Kontaktelementes;
- 22 einen Querschnitt durch eine elektrische Kontaktverbindung mit einer an das zweite Kontaktelement angeschlossenen Leitung und einer Dichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 23 einen Querschnitt durch eine elektrische Kontaktverbindung mit einer Dichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 24 eine schematische Darstellung eines aus mehreren elektrischen Kontaktverbindungen gebildeten Mehrfachanschluss, bei dem die zweiten Kontaktelemente, über ein Koppelgetriebe miteinander verbunden sind;
- 25 eine schematische Darstellung eines Stauchverfahrens zur Herstellung des ersten Kontaktelements;
- 26 eine schematische Darstellung eines kombinierten Verfahrens zur Herstellung des ersten Kontaktelements;
- 27 eine schematische Darstellung eines Tiefziehverfahrens zur Herstellung des ersten Kontaktelements;
- 28 eine perspektivische Darstellung des zweiten Kontaktelements mit einer eingeformten umlaufenden Nut zur Befestigung einer Dichtung;
- 29 eine schematische Darstellung eines Schrumpfverfahrens zur Herstellung des zweiten Kontaktelements; und
- 30 eine schematische Darstellung eines Schweißverfahrens zur Herstellung des zweiten Kontaktelements.
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einer an einem Karosserieblech 12 verbundenen elektrischen Kontaktverbindung 20, die eine Last-Masse-Kontaktierung eines nicht dargestellten elektrische Bauteils mit dem Karosserieblech erzeugt, gezeigt.
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Wie in den 2 bis 6 ersichtlich ist, weist die elektrische Kontaktverbindung 20 ein erstes Kontaktelement 22, das mit dem Karosserieblech 12 stoffschlüssig, beispielsweise durch Rotationsreibschweißen, verbindbar ist, und ein dazu komplementäres zweites Kontaktelement 24 auf, die mittels einer Steck-Dreh-Verriegelung elektrisch leitend miteinander verbindbar sind.
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Das erste Kontaktelement 22 ist als ein Hohlzylinder 26 mit am Innenumfang 28 angeordneten ersten Klauen 30, die zueinander beabstandet sind, ausgebildet. Wie in den 2 bis 4 ersichtlich ist, sind die ersten Klauen 30 an einem ersten Ende 32 am Innenumfang 28 angeordnet. An einem dem ersten Ende 32 gegenüberliegenden zweiten Ende 33 ist am Innenumfang 28 ein umlaufender Rand 34 ausgebildet, der als Auflage für das zweite Kontaktelement 24 dient.
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Das zweite Kontaktelement 24 ist als ein zylinderförmiges Anschlussstück 36 mit am Außenumfang 38 angeordneten zweiten Klauen 40, die zueinander beabstandet sind, ausgebildet. Wie insbesondere in den 2, 5 und 6 ersichtlich ist, sind die zweiten Klauen 40 endseitig am Außenumfang 38 des Anschlussstücks 36 angeordnet.
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Zur Realisierung der Steck-Dreh-Verriegelung wird das Anschlussstück 36 in den Hohlzylinder 26 derart eingesteckt, dass die zweiten Klauen 40 zwischen den ersten Klauen 30 eingeführt werden, bis die zweiten Klauen 40 an dem umlaufenden Rand 34 anliegen. Anschließend wird das Anschlussstück 36 relativ zu dem Hohlzylinder 26 verdreht, so dass sich die Klauen 30, 40 zumindest abschnittsweise überdecken.
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Im verriegelten Zustand sind somit die zweiten Klauen 40 zwischen den ersten Klauen 30, insbesondere einer Unterseite 42 der ersten Klauen 30, und dem umlaufenden Rand 34 eingespannt, so dass sowohl die Verriegelung in z-Richtung als auch der elektrische Kontakt realisiert wird. Die segmentierte Unterteilung der Klauen 30, 40 ermöglicht eine werkzeuglose Verbindungsherstellung durch Verdrehen des Anschlussstücks 36 mit geringem Drehwinkel und nahezu ohne axialen Fügeweg. An das Anschlussstück 36 kann über eine Anschlussfläche 44, welche sich an einem den zweiten Klauen 40 gegenüberliegenden Ende des Anschlussstücks 36 befindet, ein nicht dargestelltes elektrisches Bauteil, über einen Leitungsanschluss 46, wie dieser in 22 dargestellt ist, angeschlossen werden.
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Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der elektrischen Kontaktverbindung 20 beschrieben, wobei für gleiche oder funktionsgleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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In den 6 und 7 ist eine elektrische Kontaktverbindung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass eine Verriegelungsvorrichtung 48 gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen ist, die zum Verriegeln einen Formschluss zwischen dem ersten Kontaktelement 22 und dem zweiten Kontaktelement 24 erzeugt und dadurch ein unbeabsichtigtes Entriegeln verhindert.
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Die Verriegelungsvorrichtung 48 weist einen Schieber 50 auf, der verschiebbar an einem Schaft 52 des Anschlussstücks 36 angeordnet ist.
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Wie insbesondere in den 7 und 8 ersichtlich ist, weist der Schieber 50 einen Vorsprung 54 auf, der in eine am Schaft 52 ausgebildete Nut 56 eingreift. Zudem weist der Schieber 50 zwei von einer Basisplatte 58 abragende Schenkel 60 auf, die den Hohlzylinder 26 zwischen zwei ersten Klauen 30 umschließen.
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Nach der Montage, also dem Verriegeln des Anschlussstücks 36 im Hohlzylinder 26 wird der Schieber 50 entlang der Nut 56 zwischen die Klauen 30, 40 geschoben, indem eine Kraft F auf den Schieber 50 ausgeübt wird, bis dieser an einer Oberseite des Hohlzylinders 26 anliegt. Der daraus resultierende Formschluss des Schiebers 50 zwischen dem Hohlzylinder 26 und dem Anschlussstück 36 verhindert ein unbeabsichtigtes Öffnen durch Rückdrängen des Anschlussstücks 36.
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In den 9 und 10 ist eine elektrische Kontaktverbindung 20 gemäß einer dritten Ausführungsform mit einer Verrieglungsvorrichtung 48 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Verriegelungsvorrichtung 48 der zweiten Ausführungsform weist eine Innenhülse 62 mit einer am Außenumfang der Innenhülse 62 eingebrachten Führung 64 in Form einer Nut 66 mit einer in Drehrichtung R ansteigenden Geometrie und einem Hinterschnitt 68 auf. Zudem weist die Innenhülse 62 an ihrem Außenumfang erste Klauenabschnitte 70 der zweiten Klauen 40 auf.
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Das Anschlussstück 36 ist hohl ausgebildet und weist an seinem Innenumfang einen nicht dargestellten Pin sowie am Außenumfang 38 angeordnete zweite Klauenabschnitte 72 der zweiten Klauen 40 auf.
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Beim Einsetzen der Innenhülse 62 in das Anschlussstück 36 greift der Pin in die Nut 66 ein. Zur Verriegelung des Anschlussstücks 36 mit dem Hohlzylinder 26 wird die Einheit aus Anschlussstück 36 und eingesetzter Innenhülse 62 auf den Rand 34 gedrückt, wodurch eine Reibung entsteht, und anschließend wird das Anschlussstück 36 relativ zu dem Hohlzylinder 26 und der Innenhülse 62 verdreht, wobei der in die Führung 64 eingreifende Pin derart geführt wird, bis der Pin in den Hinterschnitt 68 eingreift. Die beim Aufdrücken des Anschlussstücks 36 mit der Innenhülse 62 auftretende Reibkraft wirkt kontaktverbessernd zwischen der Unterseite 42 der ersten Klauen 30 und der zweiten Klauen 40, insbesondere den zweiten Klauenabschnitten 72 und ermöglicht eine zusätzliche geometrische Fixierung durch den Hinterschnitt 68 an den Klauen 30, 40, da beim Fügen eine axiale Bewegung realisiert wird.
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In 11 ist ein vergrößerter Querschnitt durch eine erste Klaue 30 und eine zweite Klaue 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die erste Klaue 30 weist endseitig einen Anschlag 74 sowie eine sich in Drehrichtung R verjüngende Unterseite 42 auf. Eine der Unterseite 42 zugewandte Oberseite 76 der zweiten Klaue 40 ist keilförmig ausgebildet.
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Beim Verdrehen der zweiten Klaue 40 relativ zu der ersten Klaue 30 in Drehrichtung R greift die keilförmige Oberseite 76 in die sich verjüngende Unterseite 42 ein. Da die innere Geometrie durch die sich verjüngende Unterseite 42 und den Rand 34 aufgespannt wird, entspricht die innere Geometrie in ihrer Form einem asymmetrischen Trapez. Die Verriegelung wird durch den Anschlag 74 an den inneren Klauen begrenzt.
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In 12 ist eine dritte Ausführungsform für die erste Klaue 30 und die zweite Klaue 40 gezeigt, die sich von den anderen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass die zweite Klaue 40 an ihrer Oberseite 76 mit einer Rastnase 78 versehen ist, die in eine in die Unterseite 42 der ersten Klaue 30 eingebrachte Rastsenke 80 eingreift. Um das Einführen der zweiten Klauen 40 zwischen den ersten Klauen 30 und dem Rand 34 zu erleichtern, ist eine Einführschräge 82 an den ersten Klauen 30 vorgesehen.
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In 13 ist eine vierte Ausführungsform für die erste Klaue 30 und die zweite Klaue 40 dargestellt, bei der die zweite Klaue 40 in zwei in Axialrichtung zueinander beabstandete Klauenabschnitte 70, 72 unterteilt sind. An der Unterseite 42 der ersten Klaue 30 ist ein Hinterschnitt ausgeformt. Dadurch wird ein Abschrägen des oberen Klauenabschnittes 72 für das Fügen notwendig, um ausreichend elektrische Kontaktfläche zwischen dem zweiten Klauenabschnitt 72 und der ersten Klaue 30 zu erzeugen. Um die Montage zu ermöglichen, wird aufgrund des Hinterschnitts also eine axiale Bewegung der ersten Klauenabschnitte 70 zueinander notwendig. Die so geschaffene Verbindung ist vollständig formschlüssig, insbesondere axial und radial, was einer Verriegelung gleichkommt. Zusätzlich kann die axiale Bewegung nachsteuernd ausgeführt werden, wodurch Langzeiteffekten, wie beispielsweise Kriechen oder Temperaturwechseln, entgegengewirkt wird.
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In 14 ist eine zweite Ausführungsform des Anschlussstücks 36 dargestellt, das sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Anschlussstück 36 in zwei Teile geteilt ist, wobei die Teile über eine Schwalbenschwanzführung 84 miteinander verbunden sind. Dadurch können die einzelnen Leitungen vorab separat an das Kontaktelement angeschlagen werden. Diese können im Anschluss jederzeit in der Produktion oder bei der Montage beim Fahrzeughersteller zusammengeführt und montiert werden. Bei Nichtbelegung kann ein unkontaktiertes Blindstück eingefügt werden.
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In den 15 und 16 sind weitere Ausführungsformen für das Anschlussstück dargestellt. So ist in 15 das Anschlussstück 36 in vier Teile und in 16 in acht Teile aufgeteilt, wobei die Teile über Schwalbenschwanzführungen 84 miteinander verbunden sind, die entweder flanke- 86 oder stirnseitig 88 an der Trennfläche der Teilung vorgesehen sind.
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In 17 ist eine weitere Ausführungsform für das Anschlussstück 36 dargestellt, die sich von der in 14 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass zwischen den beiden Teilen innerhalb der Schwalbenschwanzführung 84 eine Isolierung 90 vorgesehen ist, die die beiden Teile voneinander isoliert. Der Hohlzylinder 26 wird äquivalent in zwei Teile unterteilt, wie in 18 dargestellt ist, wobei die Teile ebenfalls durch eine Isolierung 90 voneinander getrennt sind. Dadurch kann eine Kontaktierung zum Beispiel zweier Stromschienen 92 ohne elektrische Verbindung erfolgen. Die einzelnen Teile des Hohlzylinders 26 werden stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Reibschweißen, auf den Stromschienen 92 aufgebracht. Durch die Montage des mehrteiligen Anschlussstücks 36 in den aus mehreren Teilen gebildeten Hohlzylinder 26 entstehen getrennte galvanische Verbindungen, wie dies beispielhaft anhand der zweiten Klauen 40 in den 19 bis 21 dargestellt ist. Bei einer Unterteilung des Hohlzylinders 26 und des Anschlussstücks 36 in zwei Teile wird eine zweipolige Kontaktierung (s. 19), bei der Unterteilung in vier Teile eine vierpolige Kontaktierung (s. 20) und bei der Unterteilung in acht Teile eine achtpolige Kontaktierung (s. 21) geschaffen.
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In 22 ist eine elektrische Kontaktverbindung 20 mit einer Dichtung 110 gemäß einer ersten Ausführungsform und dem Leitungsanschluss 46 gezeigt. Die Dichtung 110 ist als eine ganzheitliche Dichtung ausgebildet, indem die Dichtung 110 sowohl einen radialen Abgang des Leitungsanschlusses 46 als auch zur Anschlussfläche 44 des Anschlussstücks 36 umschließt und dicht mit dem Karosserieblech abschließt. Radiale Dichtlippen 112 der Dichtung 110 werden während des Fügeprozesses an das Karosserieblech 12 angeschmiegt.
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In 23 ist eine elektrische Kontaktverbindung 20 mit einer Dichtung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Die Dichtung 110 ist als eine radiale Teildichtung ausgebildet und dichtet ausschließlich die Verbindung aus Anschlussstück 36 und Hohlzylinder 26 ab, indem die radialen Dichtlippen 112 in eine in das Anschlussstück 36 eingebrachte umlaufende Dichtungsnut 114 formschlüssig eingreifen..
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In 24 ist ein elektrischer Mehrfachanschluss 94 gezeigt, der vorliegend aus drei elektrischen Kontaktverbindungen 20 gebildet ist, wobei die Anschlussstücke 36 über ein Koppelgetriebe 96 miteinander verbunden sind. Hierzu weist das Koppelgetriebe 96 eine Koppelstange 98 sowie Exzenterstangen 100 auf, wobei jeweils eine Exzenterstange 100 mit der Koppelstange 98 und mit dem Anschlussstück 36 verbunden ist. Durch eine axiale Bewegung der Koppelstange 98 werden die Anschlussstücke 36 über die Exzenterstangen 100 verdreht. Dadurch können alle elektrischen Kontaktverbindungen 20 mit einer Montageoperation verbunden beziehungsweise gelöst werden.
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In 25 ist schematisch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Hohlzylinders 26 dargestellt. Hierbei erfolgt die Herstellung über ein Stauchverfahren, indem durch eine Matrize B3 ein Rohrhalbzeug B2 von außen auf einen innen geführten Dorn B1 gedrückt wird, wodurch die ersten Klauen 30 geformt werden. Die entstehenden äußeren Sicken 102 können später für das Handling und das Positionieren genutzt werden. Der umlaufende Rand 34 kann entweder nachträglich als Zusatzteil angebracht oder über Bördeln, Falzen oder Drücken, aus dem bestehenden Material ausgeformt werden.
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Alternativ können Matrize B3 und Dorn B1 als Formwalze ausgeführt werden und die Kontur durch Abrollen rotatorisch erzeugt werden. Die Unterseite 42 der ersten Klauen muss gut konturiert sein, da sie maßgeblich funktionsbestimmend ist. Daher kann sie durch Drehen oder axiales Stauchen über den Dorn B1, was ein Verpressen bewirkt, zusätzlich plastisch definiert werden.
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In 26 ist schematisch ein erstes Herstellungsverfahren zur Herstellung des Anschlussstücks 36 gezeigt. Die Herstellung erfolgt über ein kombiniertes Verfahren, indem aus einem Rohrhalbzeug G durch axiales Aufweiten und Drücken, eventuell unter Wärmezufuhr, eine nach außen abstehende umlaufende Planfläche C erzeugt wird, welche anschließend durch Stanzen D mit einer Matrize E ihre Klauengeometrie B erhält. Damit entspricht die Höhe der zweiten Klaue 40 der Wandstärke des Rohrhalbzeuges G.
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In 27 ist schematisch ein zweites Herstellungsverfahren zur Herstellung des Anschlussstücks 36 gezeigt, das aus einem Tiefziehprozess besteht, bei dem das Rohrhalbzeug G über einen Dorn F und eine Matrize E von innen nach außen ausgeformt wird. Die Dichtungsnut 114 für die Dichtung 110 kann anschließend über einen Stauch- beziehungsweise Drückprozess in das Halbzeug eingebracht werden, wie in 28 gezeigt ist.
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In 29 ist schematisch ein drittes Herstellungsverfahren zur Herstellung des Anschlussstücks 36 gezeigt. Die Herstellung des Anschlussstücks 36 erfolgt hierbei über ein Schrumpfverfahren, indem zuerst aus dem Rohrhalbzeug G durch Ablängen und Sicken der Schaft 52 des Anschlussstücks 36 erzeugt wird. Im Anschluss kann mit einer Matrize E aus einem Kontaktmaterial H ein Klauenring 104 gestanzt werden. Die Blechstärke bestimmt dabei die Höhe der zweiten Klauen 40. Ein Stumpf 106 des Klauenrings 104 muss zuvor tiefgezogen oder gesickt werden, um den Schaft 52 in dem Klauenring schrumpfen zu können. Durch einen Körnerschlag 108 oder Sicken kann zusätzlich ein Formschluss bei den zuvor gefügten Teilen erzeugt werden.
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In 30 ist schematisch ein viertes Herstellungsverfahren zur Herstellung des Anschlussstücks 36 gezeigt. Hierbei erfolgt die Herstellung des Anschlussstücks 36 über ein Schweißverfahren, indem zuerst aus dem Rohrhalbzeug G durch Ablängen und Stauchen der Schaft 52 des Anschlussstücks 36 erzeugt wird. Im Anschluss kann mit einer Matrize E aus einem Kontaktmaterial H der Klauenring 104 gestanzt werden. Die Blechstärke bestimmt dabei die Höhe der zweiten Klauen 40. Der Schaft 52 wird beispielsweise durch Reibschweißen mit dem Klauenring 104 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Karosserieblech
- 20
- elektrische Kontaktverbindung
- 22
- erstes Kontaktelement
- 24
- zweites Kontaktelement
- 26
- Hohlzylinder
- 28
- Innenumfang
- 30
- erste Klaue
- 32
- erstes Ende
- 33
- zweites Ende
- 34
- umlaufender Rand
- 36
- Anschlussstück
- 38
- Außenumfang
- 40
- zweite Klaue
- 42
- Unterseite
- 44
- Anschlussfläche
- 46
- Leitungsanschluss
- 48
- Verriegelungsvorrichtung
- 50
- Schieber
- 52
- Schaft
- 54
- Vorsprung
- 56
- Nut
- 58
- Basisplatte
- 60
- Schenkel
- 62
- Innenhülse
- 64
- Führung
- 66
- Nut
- 68
- Hinterschnitt
- 70
- erster Klauenabschnitt
- 72
- zweiter Klauenabschnitt
- 74
- Anschlag
- 76
- Oberseite
- 78
- Rastnase
- 80
- Rastsenke
- 82
- Einführschräge
- 84
- Schwalbenschwanzführung
- 86
- Flanke
- 88
- Stirnseite
- 90
- Isolierung
- 92
- Stromschiene
- 94
- Mehrfachanschluss
- 96
- Koppelgetriebe
- 98
- Koppelstange
- 100
- Exzenterstange
- 102
- äußere Sicke
- 104
- Klauenring
- 106
- Stumpf
- 108
- Körnerschlag
- 110
- Dichtung
- 112
- radiale Dichtlippe
- 114
- umlaufende Dichtungsnut
- B3
- Matrize
- B2
- Rohrhalbzeug
- B1
- Dorn
- G
- Rohrhalbzeug
- C
- umlaufende Planfläche
- D
- Stanzen
- E
- Matrize
- B
- Klauengeometrie
- F
- Dorn
- H
- Kontaktmaterial
- R
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019129719 A1 [0003]
- DE 102012007967 A1 [0004]
