DE19734306C1 - Hochstromkontakteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochstromkontakteinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Kabelaufnahmeteil, an welchem ein Hochstrom führendes Kabel mechanisch mit einer Kabelführungsschiene ver­ bindbar ist und einem Kontaktbefestigungsteil zur Befestigung an einer auf einem isolierenden Träger angeordneten Kontaktstelle, wobei das Kabelauf­ nahmeteil und das Kontaktbefestigungsteil elektrisch und mechanisch über ein Kontaktverbindungsteil miteinander verbunden sind.

Es sind Hochstromkontakteinrichtungen für viele Anwendungen bekannt, wel­ che ein Hochstrom führendes Kabel mit einer Leiterplatte verbinden.

Die Hochstromkontakteinrichtung ist dabei ein starres Teil, an dessen einem Ende das Kabelaufnahmeteil über eine Nietverbindung mit einer Kabelfüh­ rungsschiene verbunden ist, welche die Lage des Kabels fixiert. Am anderen Ende ist die Hochstromkontakteinrichtung mit einer Leiterbahn einer Leiterplatte verlötet. Die mechanische Stabilisierung des Kabels als auch die Stromübertragung erfolgt dabei über dieses starre Metallteil.

Insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen werden im Fahrbetrieb die Vibrationen des Fahrzeuges auf den Kontakt übertragen. Da am Kabel aufgrund seines Querschnitts starke Zugkräfte wirken, wird die Lötstelle zwi­ schen Kontakt und Leiterbahn mechanisch stark belastet, was zum Abriß führen kann. Erhöht wird dieser Effekt dadurch, daß durch die Übertragung des Laststromes das Metall erwärmt wird. Die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit von Metall und Leiterplatte unterstützt dabei die Ablösung des Kontaktes.

Zur Aufnahme der Vibrationen ist aus der nachveröffentlichten DE 196 30 424 A1 ein Hochstromkontakt bekannt, bei welchem ein Kabelaufnahmeteil mit einer auf einem isolierenden Träger angeordneten Kontaktstelle über ein federnd ausgebildetes Kontaktbefestigungsteil verbunden ist, welches eine Ausnehmung zur Kabelaufnahme aufweist.

Ein Kontaktverbindungsteil, welches sich am Befestigungsende verjüngt und an dieser Stelle ebenfalls federn ausgebildet ist, ist aus der EP 0 288 406 A1 bekannt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Hochstromkontakteinrichtung anzugeben, welcher trotz aufzunehmender Vibrationen und einer Erwärmung des Metalls durch den Laststrom eine sichere elektrische Kontaktierung gewährleistetet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kontaktverbindungsteil mindestens eine Öffnung aufweist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein solcher Kontakt gegenüber Vibrationen unempfindlich ist. Mechanische und thermische Verspannungen werden aufgenommen und ausgeglichen. Insbesondere die Querelastizität der Einrichtung wird dadurch vergrößert. Außerdem wird durch die geschlitzte Ausführung die Oberfläche des Kontaktverbindungsteils vergrößert und somit eine verbesserte Wärmeabfuhr an die Umgebung gewährleistet.

In einer Ausgestaltung erstreckt sich die Öffnung längs der Verbindungsrichtung von Kontaktbefestigungsteil und Kabelaufnahmeteil.

Insbesondere dann, wenn die Länge des Kontakverbindungsteiles größer ist als der zu überbrückende Abstand zwischen Kabelaufnahmeteil und Kontakt­ befestigungsteil, ist eine Anpassung an den vorhanden Bauraum und die pro­ blemlose Aufnahme der auftretenden Vibrationen möglich.

In einer vorteilhaften Ausführung ist das Kabelverbindungsteil federnd ausgebildet.

Die entlang des Kontaktverbindungsteiles wirkenden Längskräfte werden durch die knickfederartige Ausbildung kompensiert. Dies gilt sowohl für die Zugkräfte des Kabels als auch für die Fügekräfte, mittels welchem das Kabel bei der Montage an der Kabelführungsschiene befestigt wird. Es werden somit keine mechanischen Kräfte auf die Kontaktstelle der Leiterbahn übertragen und ein Ablösen des Kontaktes sicher verhindert.

In einer Weiterbildung weist das Kontaktverbindungsteil mindestens eine schleifenähnliche Ausformung in Form eines Ausgleichsbogens auf.

Diese Ausformung ist annähernd senkrecht zur Verbindungsrichtung zwischen Kabelaufnahmeteil und Kontaktbefestigungsteil ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Ausformung zwischen Kabelaufnahmeteil und Kontaktbefestigungsteil angeordnet.

In einer Weiterbildung weist die Ausformung mindestens einen Schenkel auf, welcher parallel zum Kabelaufnahmeteil ausgebildet ist.

Ein solcher Kontakt eignet sich besonders für ein maschinelles Fügen.

Das Kabelaufnahmeteil, das Kontaktbefestigungsteil und das Kontaktverbin­ dungsteil sind in einer einfachen Ausführung einstückig als Stanz-Biege-Teil ausgebildet.

Vorteilhafterweise sind das Kabelaufnahmeteil und die Kabelführungsschiene über eine Nietverbindung miteinander verbunden. Der Kontakt kann so fest an der Kabelführungsschiene angebracht werden, ohne daß befürchtet werden muß, daß Drehmomente übertragen werden, die die Kontaktstelle belasten.

Die auf die übertragenen hohen Stromstärken zurückzuführende Erwärmung der Schraubverbindung wirkt sich ebenfalls nicht nachteilig auf die Kontaktstelle aus.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungformen zu. Eines davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1: Hochstromkontakteinrichtung gemäß Stand der Technik,

Fig. 2: prinzipieller Aufbau der erfindungsgemäßen einstückigen Hochstrom­ kontakteinrichtung,

Fig. 3: Seitenansicht der erfindungsgemäßen Hochstromkontakteinrichtung,

Fig. 4: Hochstromkontakteinrichtung im eingebauten Zustand,

Fig. 5: Draufsicht der erfindungsgemäßen Hochstromkontakteinrichtung.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekenn­ zeichnet.

Aus dem Stand der Technik ist eine Hochstromkontakteinrichtung bekannt, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Ein an jedem Ende einfach gekröpftes Metallteil 1 weist ein Kabelaufnahmeteil 2 mit einer Öffnung 3 auf. Ein Hochstrom führendes Kabel 4, das bekanntlicherweise einen großen Leiter­ querschnitt hat, ist mittels einer Schraube 5 an einer Kabelführungsschiene 6 befestigt. Die Kabelführungsschiene 6 dient zur Fixierung des Kabels 4 in seiner Lage.

Zur Aufnahme der Schraube 5 besitzt das Kabelaufnahmeteil 2 eine Buchse 9 mit Innengewinde, die in der Öffnung 3 mit dem Kabelaufnahmeteil 2 vernietet ist. Die Buchse 9 weist dabei einen an dieser integrierten Verdrehschutz 7 auf.

Die Führungsschiene 6 ist so gebaut, daß sie die Buchse 9 umschließt, wobei aber immer ein minimaler Abstand als Spiel zu diesen Bauteilen gegeben ist, was deren lockeren Sitz in der Kabelführungsschiene 6 zur Folge hat.

Am entgegensetzten Ende weist der Kontakt ein Kontaktbefestigungsteil 10 auf, das mit einer Leiterbahn 14 auf der Leiterplatte 11 über eine Lötstelle 15 verlötet ist.

Bei den in Kraftfahrzeugen existierenden Bedingungen betragen die an dem Kabelaufnahmeteil 2 anliegenden, vom Kabel 4 ausgehenden Hebelkräfte ungefähr 10...40 N. Hinzu kommen noch Schub- und Zugkräfte an der Kontakt­ stelle mit der Leiterplatte 11.

Bei einer Vergrößerung des Übergangswiderstandes um nur 5 mΩ, beispiels­ weise durch ein leichtes Anziehen der Schraube oder Schäden der Lötstelle, kommt es bei einem Strom von ungefähr 75 A zu einem Verlustleistungsumsatz vom 25 W. Bezogen auf eine Fläche von ca. 10 mm² sorgt dies für eine starke Erhitzung.

Diesen Bedingungen trägt die nachfolgend beschriebene Hochstromkontakt­ einrichtung Rechnung.

In Fig. 2 ist ein Stanz-Biege-Teil für die erfindungsgemäße Hochstromkon­ takteinrichtung dargestellt. Das Metallteil besteht aus dem Kabelaufnahmeteil 2 mit der Öffnung 3, das um die Biegekante A um vorzugsweise 90° biegbar ist und einen Kontaktbefestigungsteil 10, welcher um die Biegekante B in die entgegengesetzte Richtung ebenfalls um 90° gebogen ist. Das Kabelaufnah­ meteil 2 und das Kontaktbefestigungsteil 10 sind an den jeweiligen Enden des Metallteiles ausgebildet.

Ein Kabelverbindungsteil 12 verbindet das Kabelaufnahmeteil 2 mit dem Kon­ taktbefestigungsteil 10 untereinander.

Innerhalb des Verbindungsteiles 12 sind in dessen Längsausdehnung 3 Schlitze 13 ausgebildet die an den Stegen 18 und 19 enden. Dadurch ist sichergestellt, daß das Verbindungsteil 12 federnde Eigenschaften aufweist.

Das Verbindungsteil 12 nimmt in horizontale Richtung wirkende Kräfte über die Schlitze 13 auf und gleicht diese aus. Auch Drehwirkungen, die durch die relative Verschiebung von Leiterplatte 11 und Kabelaufnahmeteil 2 bzw. Kabelführungschiene 6 hervorgerufen werden, können so ausgeglichen wer­ den.

In dieser Ausgestaltung entspricht die Breite des Kontaktbefestigungsteiles 2 der Breite des Verbindungsteiles 12. Das Verbindungsteil 12 kann aber auch schmaler gestaltet sein als die Breite des Kontaktaufnahmeteiles 2.

Fig. 3 zeigt schematisch das Stanz-Biege-Teil im eingebauten Zustand in Seitenansicht. Auch hier wird, wie bereits bekannt, das Hochstromkabel 4 mit einer durch die Öffnung 3 des Kabelaufnahmeteils 2 geführten Schraube 5 an der Kabelführungsschiene 6 mit der Buchse 9 befestigt. Die Verbindung des Kabelaufnahmeteils 2 und der Buchse 9 mit der Kabelführungsschiene 6 erfolgt bei der Herstellung der Kabelführungsschiene 6 durch Umspritzen von Kabelaufnahmeteil 2 und Buchse 9 mit einem elektrischen Isolator, vorzugs­ weise aus Kunststoff.

Die federnde Wirkung des Verbindungsteiles 12 wird in der speziellen Ausfüh­ rung, zusätzlich durch eine Biegung des Verbindungsteiles 12 erreicht, welche, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ein entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° gedrehtes U darstellt. Dabei sind die beiden Schenkel 16, 17 parallel zueinander geführt, wobei die Schenkel ebenfalls parallel zum Kabelaufnahmeteil 2 angeordnet sind. Das Verbindungsteil 12 nimmt die in vertikale Richtung (Pfeilrichtung) wirkenden Längskräfte auf und gleicht sie aus.

Diese Ausführung ist eine besonders platzsparende Variante, da die U-förmige Schleife des Verbindungsteiles gut unterhalb der Kabelführungsschiene 6 positioniert werden kann, was die Bauform des Kontaktes verringert und diesen kompakter gestalten läßt.

Es ist aber auch vorstellbar, daß diese Schleife annähernd C-förmig oder wie ein offenes O gestaltet wird.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Hochstromkontakteinrichtung im einge­ bauten Zustand. Das Kabel 4 ist über einen Polschuh 4a und die Schraube 5 mit dem Kontaktaufnahmeteil 2 verbunden. Das Kabelaufnahmeteil 2 ist an einem Gehäuse 9 befestigt, wobei die Leiterplatte 11, auf welcher die Hoch­ stromkontakteinrichtung mit dem Kontaktbefestigungsteil 10 verbunden ist, ebenfalls in dem Gehäuse 9 angeordnet ist. Die Leiterplatte 11 trägt dabei nicht weiter dargestellte Bauelemente, welche zusammen eine Hybridschaltung bilden. Vorteilhafterweise wird das Kontaktbefestigungsteil 10 gemeinsam mit diesen Bauelementen in einem Arbeitsgang auf der Leiterplatte verlötet.

Eine solche Hochstromkontakteinrichtung findet Anwendung in einer elektri­ schen Pumpenansteuereinheit für eine Hilfskraftlenkung in einem Kraftfahr­ zeug.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Lötstelle nun in allen Achsen relativ zum Kabelanschraubpunkt elastisch entkoppelt. Die Schlitze teilen den Querschnitt in schmale Stege und werden somit querelastisch.

In Fig. 5a ist der Kontakt in einer Draufsicht dargestellt. Durch die Öffnung 3 des Kontaktaufnahmeteiles 2 ist der Schlitz 13 sichtbar.

Fig. 5b zeigt eine gegenüber der Anordnung in Fig. 5a um 90° gedrehte Ansicht. Dabei ist ausgehend vom Befestigungsteil 10 der teilweise geschlitzte Schenkel der U-förmigen Biegung erkennbar.

Das Verbindungsteil 12 besteht aus Kupfer, um die hohen Ströme zu leiten.

Zur Verbesserung der Lötbarkeit ist es zumindest im Bereich des Befesti­ gungsteiles 10 verzinnt.

Ein Vernieten der Öse nach dem Stand der Technik entfällt und ein maschi­ nelles Fügen ist gewährleistet.

Der Kontakt wird somit direkt an der Führungsschiene 6 befestigt.

Claims (8)

1. Hochstromkontakteinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Kabelaufnahmeteil, an welchem ein Hochstrom führendes Kabel mechanisch mit einer Kabelführungsschiene verbindbar ist und einem Kontaktbefestigungsteil zur Befestigung an einer auf einem isolierenden Träger angeordneten Kontaktstelle, wobei das Kabelaufnahmeteil und das Kontaktbefestigungsteil elektrisch und mechanisch über ein Kontaktverbin­ dungsteil miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktverbindungsteil (12) mindestens eine Öffnung (13) aufweist.

2. Hochstromkontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (13) längs der Verbindungsrichtung von Kontakt­ befestigungsteil (10) und Kabelaufnahmeteil (2) erstreckt.

3. Hochstromkontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kontaktverbindungsteil (12) federnd ausgebildet ist.

4. Hochstromkontakteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktverbindungsteil (12) mindestens eine schleifenartige Ausformung aufweist.

5. Hochstromkontakteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung zwischen Kabelaufnahmeteil (2) und Kontaktbe­ festigungsteil (10) angeordnet ist.

6. Hochstromkontakteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung mindestens einen Schenkel aufweist, der parallel zur Auflageebene des Kabels (4) ausgebildet ist.

7. Hochstromkontakteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabelaufnahmeteil (2), das Kontakt­ befestigungsteil (10) und das Kontaktverbindungsteil (12) einstückig als Stanzbiegeteil ausgebildet sind.

8. Hochstromkontakteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabelaufnahmeteil (2) und eine Buchse (9) bei der Herstellung der Kabelführungsschiene (6) durch Umspritzen mit einem Isolator miteinander verbunden sind.