DE19913101A1 - Hochstromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen - Google Patents

Hochstromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen

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Abstract

Ein Hochstromverbinder (10) zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich, mit wenigstens einem zylindrischen Kontaktpol (12); wenigstens einem Kontakt-Federelement (14), das an wenigstens einem Flächenabschnitt (12a) anliegt; und einem Kontakt-Polschuh (16), der den Kontaktpol (12) zumindest teilweise umgreift und dabei zumindest im Bereich des Kontakt-Federelementes (14) mit dem Kontakt-Polschuh (15) eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Hochstromverbinder zur Kontak­ tierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbe­ sondere im Kraftfahrzeug-Bereich. Aufgrund der immer mehr zunehmenden Elektrifizierung im Automobilsektor werden im­ mer leistungsstärkere Anlasser, Lichtmaschinen, etc einge­ setzt. Vor allem für die Bestromung von Elektromotoren, die im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges als kombinierte An­ lasser, Lichtmaschine und Schwingungsdämpfer angeordnet sind, werden sowohl an dem Elektromotor als auch an dessen Steuergerät sehr leistungsfähige Hochstromverbinder benö­ tigt, die zumindest kurzzeitig Ströme von etwa 3000 Ampere übertragen können.
Stand der Technik
Herkömmliche Hochstromsteckverbinder haben in der Regel kreiszylindrische Steck-Kontakte, die in entsprechend ge­ staltete Hülsen einbringbar sind. Zur Verbesserung der Kon­ taktgabe sind dabei oft faß-förmig gewölbte Federkontakte dazwischen geschaltet. Um mit derartigen Anordnungen eine hohe Stromtragfähigkeit erzielen zu können ist es jedoch erforderlich, daß die Federkontakte relativ lang und bau­ chig sind, so daß bei hohem Anpreßdruck eine große Kontakt­ fläche zwischen dem Steck-Kontakt und der Hülse gewährlei­ stet ist. Damit sind jedoch große Aufbring- und Abziehwege bzw. -Kräfte bei der (De-)Montage erforderlich. Diese sind insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich nicht verfügbar. Au­ ßerdem ist die elektromagnetische Abstrahlung nur schwer einzudämmen.
Eine weitere Variante herkömmlicher Hochstromkontaktierung besteht darin, einen Anschlußbolzen mit einem Außengewinde zu versehen. Über den Anschlußbolzen wird eine an einem Ka­ bel angepreßte oder angeschweißte Kontaktschelle mit einer Öse geschoben und mittels einer Mutter verschraubt. Ein ge­ gebenfalls vorhandenes Schirmgeflecht des Kabels wird mit der Gehäuse-Masse verbunden. Auch diese Ausgestaltung hat eine Reihe von erheblichen Nachteilen. Zum einen baut sie für die geforderten Stromtragfähigkeiten sehr groß. Des wei­ teren sind separate Muttern erforderlich, die zur Rüttelfe­ sten Kontaktgabe außerdem zu sichern sind. Montagefehler sind möglich, da das Gewinde bei falsch aufgesetzter Mutter verformt werden kann oder der Anschlußbolzen als ganzes aus seiner Lagerung gerissen werden kann. Außerdem dauert die Montage relativ lang.
Für den eingangs genannten Einsatzzweck ist keine der vor­ stehend beschriebenen Ausführungsformen geeignet.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
Dementsprechend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Hochstromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahr­ zeug-Bereich bereitzustellen, der einfach, kostengünstig und kleinbauend in Massenfertigung herzustellen ist, der eine hohe Stromtragfähigkeit hat, kleine (De-)Montage-Wege und -Kräfte erfordert, rüttelsicher und dauerfest ist, eine Gas/Wasserdichte Ausgestaltung (mindestens IP 67) erlaubt und mit einer minimalen Anzahl von Teilen auskommt.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß ein Hoch­ stromverbinder zur Kontaktierung elektrischer oder elektro­ nischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich, vorgeschlagen, mit wenigstens einem zylindrischen Kontakt­ pol; wenigstens einem Kontakt-Federelement das an wenig­ stens einem Flächenabschnitt des zylindrischen Kontaktpols anliegt; und einem Kontakt-Polschuh, der den Kontaktpol zu­ mindest teilweise umgreift und dabei zumindest im Bereich des Kontakt-Federelementes mit dem Kontakt-Polschuh eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.
Diese Ausgestaltung hat eine hohe Stromtragfähigkeit bei sehr kompaktem Aufbau. Außerdem ist eine sehr sichere Mon­ tage auf kleinstem Raum möglich. Weiterhin ist eine gute Zugänglichkeit einzelner Kontaktpole bei mehrpoligen Anord­ nungen gewährleistet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen
In einer bevorzugten Ausführungsform hat bei dem Hochstrom­ verbinder der zylindrische Kontaktpol eine im wesentlichen mehreckige, vorzugsweise viereckige Grundfläche, wobei an zwei einander gegenüberliegenden Flächenabschnitten die Kontakt-Federelemente vorgesehen sind.
Dabei hat der Kontakt-Polschuh eine im wesentlichen U- förmige Gestalt hat und übergreift den Kontaktpol in Ver­ binde/Löse-Richtung mit zwei Schenkeln. Somit kann der Kon­ takt-Polschuh den Kontaktpol fest einspannen, wobei die Kontakt-Federelemente eine sichere und federnd nachgiebige Kontaktgabe bewirken.
Um eine möglichst kompakte Ausgestaltung insbesondere bei mehrpoligen Ausführungsformen zu erreichen, hat vorzugswei­ se der Kontakt-Polschuh an einem der Schenkel eine seitli­ che Kontaktierung für eine Anschlußleitung aufweist.
Zur vereinfachten Handhabung bei der (De-)Montage hat das Kontakt-Federelement zwei voneinander beabstandete Trage­ bänder, zwischen denen mehrere lamellenförmige Kontaktstege angeordnet sind, um zwischen dem Kontakt-Polschuh und dem jeweiligen Flächenabschnitt des Kontaktpols eine elektri­ sche Verbindung herzustellen. Diese Ausgestaltung stellt eine besonders hohe Stromtragfähigkeit bei einer hohen Rüt­ telsicherheit dar.
Vorzugsweise sind die Tragebänder aus Federstahl herge­ stellt und die Kontaktstege sind aus Kupfer oder einer Kup­ ferlegierung hergestellt, wobei die Kontaktstege so geformt und zwischen den Tragebändern so angeordnet sind, daß elek­ trischer Strom von wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Polschuh zugewandten Seite des Kontaktsteges zu wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Pol zu­ gewandten Seite des Kontaktsteges fließt. Je nach Ausge­ staltung können dabei die Kontaktstellen flächen- oder li­ nienförmig sein.
Zur Erleichterung der Montage haben die Kontaktstege vor­ zugsweise eine langgestreckte Gestalt und sind mit ihren beiden Endbereichen in Richtung des Kontakt-Pols oder des Kontakt-Polschuhs gekrümmt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktstege gegenüber den Tragebändern aus der Fläche der Tragebänder heraus in Richtung des Kontakt-Pols bzw. des Kontakt-Polschuhs geschränkt. Durch dieses Anstellen der Kontaktstege unter einem relativ spitzen Winkel von zum Beispiel etwa 5° bis etwa 60° ist eine sichere Kontaktgabe bei geringem Raumbedarf möglich.
Zur Erhöhung der Stabilität und zur Verbesserung der Kon­ taktgabe haben die Kontaktstege Kantenbereiche, mit denen sie sich beim Zusammenführen des Kontakt-Pols und des Kon­ takt-Polschuhs in das Material des Kontakt-Pols bzw. des Kontakt-Polschuhs eingraben. Dazu sind Materialien mit ent­ sprechenden Härtegraden zu verwenden.
Um die mechanische Stabilität der Gesamtanordnung insbeson­ dere bei der (De-)Montage zu erhöhen, weist der Kontakt-Pol oben und/oder unten (in Verbindung/Löserichtung des Kon­ takt-Polschuhs gesehen) Vorsprünge auf, um die Tragebänder der Kontakt-Federelemente in Verbindung/Löserichtung fest­ zulegen. Damit ist sichergestellt, daß auch bei nicht auf­ geschobenem Kontakt-Polschuh die Kontakt-Federelemente fest an dem Kontakt-Pol gehalten sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Kontakt-Pol einen von einem Dichtelement umgebenen Anschlußzapfen, der eine Gehäusewand durchragt. Damit kann eine sehr kompakte, kostengünstige Lösung für ein flüssigkeits- oder gasdichtes Gehäuse mit außen angeordneten Hochstrom-Kontaktelementen bereitgestellt werden.
Weitere Eigenschaften, Vorteile, Merkmale und Variations­ möglichkeiten oder Alternativen der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische teilweise Explosionsdarstellung eines Kontakt-Pols mit Kontakt- Federelementen und eines Kontakt-Polschuhs.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt einen Hochstromverbinder 10 zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist keine elektronische Baugruppe gezeigt.
Der Hochstromverbinder 10 hat einen im wesentlichen quader­ förmigen Kontaktpol 12, der aus Kupfer oder einem sonstigen elektrischen Strom gut leitenden Metall geformt ist. An beiden einander gegenüberliegenden seitlichen Längsflächen 12a des Kontaktpols 12 sind sich über dessen gesamte Länge erstreckende Kontakt-Federelemente 14 angeordnet. Über den Kontaktpol 12 ist in Richtung des Pfeils P ein Kontakt- Polschuh 16 schiebbar, der den Kontaktpol 12 an dessen bei­ den seitlichen Längsflächen 12a und dessen Deckfläche 12b umgreift. Dabei stellt der Kontakt-Polschuh 16 im Bereich der beiden Kontakt-Federelemente 14 mit dem Kontakt-Pol­ schuh 16 eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.
Der Kontakt-Polschuh 16 hat eine im Querschnitt etwa U-för­ mige Gestalt und übergreift den Kontaktpol 12 in Verbinde/ Löse-Richtung (in bzw. entgegen der Richtung des Pfeils P) mit zwei Schenkeln 16a.
An einem der Schenkel 16a (in Fig. 1 der rechte Schenkel 16a) hat der Kontakt-Polschuh 16 eine (seitlich) nach hin­ ten abstehende Kontaktierung 18 für eine (nicht weiter ver­ anschaulichte) Anschlußleitung. Die Kontaktierung 18 kann ein Quetsch-, Löt-, Schweiß- oder sonstiger Kontakt mit der Anschlußleitung sein.
Das Kontakt-Federelement 14 hat zwei voneinander beabstan­ dete Tragebänder 20, 22, zwischen denen mehrere lamellen­ förmige Kontaktstege 24 angeordnet sind. Diese Kontaktstege 24 stellen bei auf den Kontakt-Pol 12 aufgeschobenem Kon­ takt-Polschuh 16 zwischen dem Kontakt-Polschuh 16 und dem jeweiligen Flächenabschnitt 12a des Kontaktpols 12 eine elektrische Verbindung her.
Die Tragebänder 20, 22 haben einen im wesentlichen rechtek­ kigen Querschnitt und sind entweder aus Federstahl oder aus Kupfer (oder einer Kupferlegierung) hergestellt. Die Kon­ taktstege 24 sind aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Die Kontaktstege 24 haben eine im wesentlichen rechteckige blattförmige Gestalt und sind an den vier Ecken abgerundet. Dies erleichtert das Aufschieben und Abziehen des Kontakt-Polschuhs 16 bzw. dessen Schenkel über die Fe­ derelemente 14. Die Kontaktstege 24 sind zwischen den Tra­ gebändern 20, 22 so angeordnet, daß sie aus der (gedachten) Fläche zwischen den Tragebändern 20, 22 heraus in Richtung des Kontakt-Pols 12 bzw. des Kontakt-Polschuhs 16 ge­ schränkt sind. Damit fließt elektrischer Strom von wenig­ stens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Polschuh 16 zugewandten Seite bzw. Kante 24a der Kontaktstege 24 zu ei­ ner gegenüberliegenden Kontaktstelle an einer dem Kontakt- Pol 12 zugewandten Seite bzw. Kante 24b der Kontaktsteges 24.
In einer nicht weiter veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung haben die Kontaktstege 24 eine langgestreckte Ge­ stalt und sind mit ihren beiden Endbereichen (den Kanten 24a, 24b) in Richtung des Kontakt-Pols 12 bzw. der Innen­ flächen des jeweiligen Schenkels 16a des Kontakt-Polschuhs 16 gekrümmt.
Die Kantenbereiche 24a, 24b der Kontaktstege 24 graben sich beim Zusammenführen des Kontakt-Pols 12 und des Kontakt- Polschuhs 16 in das Material des Kontakt-Pols 12 bzw. des Kontakt-Polschuhs 16 ein.
Der Kontakt-Pol 12 hat in Verbindung/Löserichtung des Kon­ takt-Polschuhs 16 oben und unten an den Seitenflächen 12a verlaufende Vorsprünge 12c bzw. 12d, um die Tragebänder 20 bzw. 22 und damit die Kontakt-Federelemente 14 als ganzes in Verbindung/Löserichtung an den Seitenflächen 12a des Kontakt-Pols 12 festzulegen. Dabei sind die Kontakt-Feder­ elemente 14 so relativ zu dem Abstand der jeweiligen oberen zu den unteren Vorsprüngen 12c bzw. 12d so dimensioniert, daß die Tragebänder 20 bzw. 22 unter geringer Vorspannung an den einander zugewandten Flächen der oberen bzw. der un­ teren Vorsprüngen 12c bzw. 12d anliegen, wenn die Federele­ ment 14 in Richtung des Pfeils M zwischen den oberen bzw. unteren Vorsprüngen 12c bzw. 12d eingeschoben werden. Zu­ sätzlich können die Vorsprünge 12c und 12d zur Sicherung der Kontakt-Federelemente gegen Herausfallen bei nicht auf­ geschobenem Kontakt-Polschuh 16 (allerdings nur an den obe­ ren Vorsprüngen 12c gezeigte) Haltenasen 12e haben.
Der Kontakt-Pol 12 hat einen von einem Dichtelement 28 um­ gebenen Anschlußzapfen 30 für eine nicht weiter veranschau­ lichte Verbindungsleitung zu einer ebenfalls nicht gezeig­ ten Leistungselektronikschaltung. Der Anschlußzapfen 30 durchragt eine Gehäusewand 32 der Steuerelektronik eines Kraftfahrzeuges. Es versteht sich, daß mit dem vorstehend beschriebenen Hochstromverbinder auch mehrpolige Anordnun­ gen herstellbar sind, da einfach mehrere Kontakt-Pole 12 nebeneinander mit ihrem jeweiligen Anschlußzapfen 30 in der Gehäusewand 32 angeordnet werden können.

Claims (11)

1. Hochstromverbinder (10) zur Kontaktierung elektrischer oder elektronischer Baugruppen, insbesondere im Kraftfahr­ zeug-Bereich, mit
  • - wenigstens einem zylindrischen Kontaktpol (12);
  • - wenigstens einem Kontakt-Federelement (14) das an wenig­ stens einem Flächenabschnitt (12a) des zylindrischen Kon­ taktpols (12) anliegt; und
  • - einem Kontakt-Polschuh (16), der den Kontaktpol (12) zu­ mindest teilweise umgreift und dabei zumindest im Bereich des Kontakt-Federelementes (14) mit dem Kontakt-Polschuh (15) eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.
2. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 1, wobei der zy­ lindrische Kontaktpol (12) eine im wesentlichen mehreckige, vorzugsweise viereckige Grundfläche aufweist, und wobei an zwei einander gegenüberliegenden Flächenabschnitten (12a, 12a) Kontakt-Federelemente (14) vorgesehen sind.
3. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontakt-Polschuh (16) eine im wesentlichen U-förmige Gestalt hat und den Kontaktpol (12) in Verbinde/Löse- Richtung (P) mit zwei Schenkeln (16a, 16a) übergreift.
4. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 3, wobei der Kon­ takt-Polschuh (16) an einem der Schenkel (16a) eine seitli­ che Kontaktierung (18) für eine Anschlußleitung aufweist.
5. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontakt-Federelement (14) zwei vonein­ ander beabstandete Tragebänder (20, 22) aufweist, zwischen denen mehrere lamellenförmige Kontaktstege (24) angeordnet sind, um zwischen dem Kontakt-Polschuh (16) und dem jewei­ ligen Flächenabschnitt (12a) des Kontaktpols (12) eine elektrische Verbindung herzustellen.
6. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei die Tra­ gebänder (20, 22) aus Federstahl hergestellt sind und die Kontaktstege (24) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind, wobei die Kontaktstege (24) so geformt und zwischen den Tragebändern (20, 22) so angeordnet sind, daß elektrischer Strom zwischen wenigstens einer Kontakt­ stelle an einer dem Kontakt-Polschuh (16) zugewandten Seite des Kontaktsteges (24) und wenigstens einer Kontaktstelle an einer dem Kontakt-Pol (12) zugewandten Seite des Kon­ taktsteges (24) fließt.
7. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei jeder Kontaktsteg (24) eine langgestreckte Gestalt aufweist und mit seinen beiden Endbereichen (24a, 24b) in Richtung des Kontakt-Pols (12) oder des Kontakt-Polschuhs (16) ge­ krümmt ist.
8. Hochstromverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei jeder Kontaktsteg (24) gegenüber den Tragebändern (20, 22) aus der Fläche der Tragebänder (20, 22) heraus in Richtung des Kontakt-Pols (12) bzw. des Kontakt-Polschuhs (16) ge­ schränkt ist.
9. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, wobei jeder Kontaktsteg (24a, 24b) Kan­ tenbereiche aufweist, mit denen sie sich beim Zusammenfüh­ ren des Kontakt-Pols (12) und des Kontakt-Polschuhs (16) in das Material des Kontakt-Pols (12) bzw. des Kontakt- Polschuhs (16) eingraben.
10. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakt-Pol (12) in Verbindungs/Löse­ richtung des Kontakt-Polschuhs (16) oben und/oder unten Vorsprünge (12c, 12d) aufweist, um die Tragebänder (20, 22) in Verbindungs/Löserichtung festzulegen.
11. Hochstromverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakt-Pol (12) einen vorzugsweise von einem Dichtelement (28) umgebenen Anschlußzapfen (30) aufweist, der eine Gehäusewand (32) durchragt.
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