EP4104247A1 - Kontaktelementbaugruppe für ein steckverbinderteil - Google Patents

Kontaktelementbaugruppe für ein steckverbinderteil

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EP4104247A1
EP4104247A1 EP21701482.8A EP21701482A EP4104247A1 EP 4104247 A1 EP4104247 A1 EP 4104247A1 EP 21701482 A EP21701482 A EP 21701482A EP 4104247 A1 EP4104247 A1 EP 4104247A1
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EP
European Patent Office
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contact element
element assembly
assembly according
line
connecting section
Prior art date
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Pending
Application number
EP21701482.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Wenz
Eduard FAST
Carsten Kuckuck
Hans-Günther LANGHARDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact eMobility GmbH
Original Assignee
Phoenix Contact eMobility GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact eMobility GmbH filed Critical Phoenix Contact eMobility GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
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Definitions

  • the invention relates to a contact element assembly for a plug connector part that can be plugged into a mating connector part according to the preamble of claim 1.
  • Such a contact element assembly comprises a contact element which has a contact section for making electrical contact with a counter-contact element and a connection section for establishing a crimp connection with an electrical line to be connected to the contact element.
  • the connecting portion is made of a copper alloy and has an opening for receiving the line and a peripheral surface delimiting the opening.
  • Such a contact element assembly can be used on a connector part which can be plugged into an associated mating connector part.
  • a connector part of the type in question can be used, for example, as a charging plug or as a charging socket for charging an electrically powered vehicle (also referred to as an electric vehicle).
  • a charging socket is arranged, for example, on a vehicle and can be plugged into an associated mating connector part in the form of a charging plug on a cable connected to a charging station in order to establish an electrical connection between the charging station and the vehicle.
  • one or more contact elements are connected to associated lines in order to conduct currents via the contact element for charging the electric vehicle during operation.
  • a line is connected to an assigned contact element by crimping, in that the line is attached to the connection section of the respectively assigned contact element and the connection section is plastically deformed so that the line is fixed to the contact element in a form-fitting and force-fitting manner.
  • connection between the contact element and the associated line should be such that an electrically favorable transition is established between the contact element and the line, that is, currents with low contact resistance can be transmitted.
  • the contact element should be mechanically strong and be connected to the line with long-term stability, so that tensile forces acting between the contact element and the line do not lead to a loosening of the connection.
  • a contact element has a connection section in the form of a connection area which can be reshaped to produce a crimp connection.
  • the contact element can for example be made of a copper-zinc alloy with a lead content of ⁇ 0.1 percent by weight (% by weight).
  • materials are conventionally used which have a comparatively large lead content, for example a lead content greater than 1%.
  • the use of such lead-containing materials can in particular improve the machinability of the material, so that simple manufacture results.
  • lead is a heavy metal, there are regulations that restrict the use of lead-containing materials in the manufacture of products. There is therefore a fundamental need to manufacture products from lead-free materials (i.e. materials with a lead content of ⁇ 0.1 percent by weight).
  • a line to be connected to a contact element can have, for example, a conductor made of copper, which is to be connected to the contact element via a crimp connection for connection to the associated contact element.
  • the contact element is made of a material different from the material of the line - namely a copper alloy - it can happen that the electromechanical connection produced by the crimp connection is possibly not reliable and long-term stable and, in particular, tensile forces between the contact element and the line are not sufficient Strength can be absorbed. This is due to the fact that the copper material of the line core and the material of the contact element behave differently when crimping with a view to resilience.
  • a crimp contact is arranged on an insulating body, which is at least partially rotationally symmetrical and has a cylindrical cavity with a cable insertion opening for receiving an aluminum stranded conductor in a crimping area.
  • the crimp contact has an internal thread in the cylindrical cavity.
  • DE 7045 534 U discloses a compression cable lug in which a thread is formed on an inner surface of a cable lug sleeve.
  • the object of the present invention is to provide a contact element assembly for a connector part which, with at least partial manufacture of the contact element from a copper alloy, enables a reliable crimp connection with a line, even if the line is made of a different material than the contact element.
  • the connecting section has a surface structure which is shaped and designed on the circumferential surface to come into operative connection with the electrical line when the crimp connection is produced by reshaping the connecting section.
  • the opening of the connecting section into which the line is inserted for connecting to the contact element is, for example, cylindrical in shape.
  • the opening can be arranged, for example, as a blind hole in the connecting section, so that a line can be inserted into the opening along an insertion direction.
  • the connecting section can be reshaped using a suitable crimping tool, in particular crimping pliers, in order to produce a crimp connection between the contact element and the line and thus the contact element firmly and permanently (permanently) with the line connect to.
  • the circumferential surface surrounds the opening in a rotationally symmetrical manner in accordance with the (circular) cylindrical shape of the opening and is thus formed by an inner circumferential surface delimiting the opening.
  • the surface structure formed on the circumferential surface interrupts the two-dimensional extension of the circumferential surface by using the surface structure as an elevation or depression on the Circumferential surface is shaped and thus creates structures on the circumferential surface which point radially inward or radially outward to the circumferential surface.
  • connection section of the contact element and the line in particular between the surface structure on the circumferential surface within the opening of the connection section and a line core section of the line received in the opening, so that the strength of the connection between the contact element of the line is improved .
  • a tensile strength can be increased so that tensile forces acting between the contact element and the line can be absorbed and dissipated and do not lead to a loosening of the connection between the contact element and the line.
  • the surface structure can, for example, have at least one groove formed on the circumferential surface.
  • An arrangement of one or more grooves is thus molded into the circumferential surface within the opening of the connecting section, so that when the connecting section is reshaped to produce the crimp connection, the circumferential surface with the surface structure formed thereon can come into engagement with the line, in order in this way Establish a force fit and form fit between the contact element and the line.
  • the groove can, for example, have a round (for example arcuate, in particular semicircular), triangular, trapezoidal or rectangular shape in cross section (transverse to its direction of extension).
  • an edge can be formed which can be sharp-edged or, alternatively, rounded. If the edge is rounded, the edge can have, for example, a rounding defined by a radius in cross section transversely to the direction of longitudinal extension of the groove. Such a rounding can in particular prevent damage to the strands of a line core of the line during a connection between the connecting section and the line, in that the surface structure on the peripheral surface within the opening of the connecting section does not act on the line with sharp edges.
  • the at least one groove runs around the opening.
  • the groove can for example extend circumferentially around an insertion direction along which a line can be inserted into the opening, inside the opening on the circumferential surface.
  • the groove can run helically around the opening to form a thread.
  • the groove can be closed in an annular manner, with a plurality of grooves being axially offset from one another being formed within the opening.
  • one or more grooves can also extend axially within the opening, that is to say along the insertion direction in which a line is to be inserted into the opening in order to connect the line to the connecting section of the contact element.
  • the thread can be single-start or multi-start.
  • a multi-start thread is understood here to be a thread in which several threads run parallel to one another. For example, such a multiple thread can have two threads.
  • the at least one groove has a depth between 0.02 mm and 0.4 mm.
  • the depth is measured between an inner radius of the circumferential surface and the radially deepest point of the groove, which is formed radially outward into the circumferential surface. Because the groove has a comparatively small depth, the flat extension of the circumferential surface can be interrupted, sharp-edged and deep structures on the circumferential surface being avoided in order to reduce the risk of damage to the line when the crimp connection is made.
  • the copper alloy from which at least the connecting section of the contact element, but advantageously the entire contact element, is made, has a lead content of ⁇ 0.1 percent by weight.
  • the contact element is thus made of a material that has negligibly small amounts of lead, so that legal requirements for lead-free products can be met.
  • the copper alloy can be a copper-zinc government with a zinc content of, for example,> 30 percent by weight, for example> 40 percent by weight, for example CuZn40 or CuZn42. Due to the high zinc content of the alloy, the Machinability in terms of formability and machinability can be improved without the need for lead additives in the alloy. This enables simple, inexpensive manufacture of the contact element and reliable manufacture of the crimp connection for connecting the line to the contact element.
  • an electrical line to be connected to the contact element has an electrically conductive line wire which is made from a material different from the copper alloy of the connecting section of the contact element, for example copper.
  • a material different from the copper alloy of the connecting section of the contact element for example copper.
  • the elastic properties of the material of the line wire (for example copper) and the copper alloy of the connecting section can each be through the E-module and the Yield strength can be described.
  • the modulus of elasticity is the modulus of elasticity, which indicates the gradient in the stress-strain diagram for elastic deformation in the linear range.
  • the modulus of elasticity is usually given in GPa (Gigapascal) or MPA (Megapascal).
  • the yield point here is understood to be the so-called 0.2% yield strength or elastic limit R p o, 2, which can be read from the stress-strain diagram and indicates the mechanical stress at which the initial length of a sample of a material, plastic (permanent) elongation after discharge is 0.2%.
  • the modulus of elasticity of the material of the line core is greater than the modulus of elasticity of the copper alloy of the connecting section and, moreover, the yield point of the material of the line core is smaller than the yield point of the copper alloy of the connecting section, or
  • the modulus of elasticity of the material of the line core is smaller than the modulus of elasticity of the copper alloy of the connecting section and, moreover, the yield point of the material of the line core is smaller than the yield point of the copper alloy of the connecting section, or
  • the modulus of elasticity of the material of the line core is greater than the modulus of elasticity of the copper alloy of the connecting section and, moreover, the yield point of the material of the line core is greater than the yield point of the copper alloy of the connecting section.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric vehicle with a charging cable and a charging station for charging
  • FIG. 2 shows a view of a plug connector part in the form of an inlet on the side of a vehicle
  • Fig. 3 is a view of a contact element for connecting to a
  • FIG. 4A shows a view of an exemplary embodiment of a contact element
  • FIG. 4C shows a view of the contact element, sectioned in the area of FIG.
  • FIG. 5 shows a partially sectioned view of another exemplary embodiment of a contact element
  • FIG. 6 shows a partially sectioned view of yet another exemplary embodiment of a contact element
  • FIG. 7A shows a sectional view of an exemplary embodiment of a contact element
  • FIG. 7B shows a fragmentary enlarged view of the contact element, showing a groove within an opening of the connecting section
  • 8A-F are views of different shapes of a groove in an opening of the connecting section of the contact element; and 9 shows a view of an electrical line to be connected to a contact element.
  • the 1 shows a schematic view of a vehicle 1 in the form of an electric motor-driven vehicle (also referred to as an electric vehicle).
  • the electric vehicle 1 has electrically chargeable batteries which can be used to supply an electric motor for moving the vehicle 1.
  • the vehicle 1 can be connected to a charging station 2 via a charging cable 3.
  • the charging cable 3 can be plugged into an associated mating connector part 4 in the form of a charging socket of the vehicle 1 with a charging plug 30 at one end and is at its other end via another charging plug 31 with a connector part 4 in the form of a charging socket at the charging station 2 electrical connection. Charging currents with a comparatively high amperage are transmitted to the vehicle 1 via the charging cable 3.
  • the connector part 4 on the side of the vehicle 1 and the connector part 4 on the side of the charging station 2 can differ. It is also possible to arrange the charging cable 3 firmly on the charging station 2 (without the connector part 4).
  • Fig. 2 shows an embodiment of a connector part 4 in the form of a charging socket, for example on the side of a vehicle (also referred to as a vehicle inlet), which can be plugged with an associated mating connector part 30 in the form of a charging plug on a charging cable 3 to connect the electric vehicle 1 with to connect the charging station 2 of the charging system.
  • the plug connector part 4 has a housing part 40, on which plug-in sections 400, 401 are formed, with which the plug-in connector part 30 can be connected in a plugging manner along a plug-in direction E. Plug-in openings are formed on the plug-in sections 400, 401, in which contact elements 41, 42 are arranged, via which an electrical connection to the associated mating plug-in connector part 30 can be established when the plug-in connection is made.
  • contact elements 41 are arranged on a first, upper plug-in section 400, via which, for example, a charging current in the form of an alternating current can be transmitted.
  • contact elements can be present via which control signals can be transmitted.
  • two contact elements 42 are arranged on a second, lower plug-in section 401, via which a charging current in the form of a direct current can be transmitted.
  • the contact elements 42 are connected to load lines 43 via which the charging current is conducted.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a contact element 42 which can be used, for example, on the plug section 401 (lower in FIG. 2) for transmitting a charging current in the form of a direct current.
  • a contact element 41 on the plug-in section 400 for transmitting an alternating current can be constructed identically.
  • the contact element 42 of the exemplary embodiment according to FIG. 3 has a contact section 420 in the form of a contact pin, which can be plugged into a mating contact element 300 of a mating connector part 30.
  • the mating contact element 300 has a contact section 301 in the form of a contact socket, into which the contact element 42 with the contact section 420 can be inserted along the plug-in direction E.
  • the contact element 42 has a collar 421 protruding radially with respect to the contact section 420 and a connecting section 422 adjoining the collar 421.
  • An assigned line 43 via which load currents are transmitted during operation, can be connected to the contact element 42 via the connecting section 422, the connecting section 422 being designed to produce a crimp connection and thus being reshaped to connect the line 43.
  • an opening 423 in the form of a blind hole is formed in the connecting section 422, into which the associated line 43 can be inserted along an insertion direction in order to create a crimp connection between the connecting section when the line 43 is inserted 422 and the line 43 by forming at the connecting section 422.
  • the opening 423 can, for example, be formed in a machining manner by drilling on the connecting section 422 and extends axially into the connecting section 422 from an end of the connecting section 422 remote from the contact section 420.
  • the connecting section 422 has a cylindrical basic shape and is (at least in an initial state before forming of the connecting section 422) is designed to be rotationally symmetrical.
  • the opening 423 is also shaped cylindrically in its essential area of extent and is delimited circumferentially by a cylindrical circumferential surface 424.
  • a crimp connection can be created between the connecting section 422 and a line 43 inserted into the opening 423.
  • the line 43 can have a line core 430 with strands 431, which are guided in a line sheath 432.
  • the line 43 with a stripped conductor end, that is to say exposed strands 431 is inserted into the opening 422, so that an electromechanical connection to the contact element 42 can be created by crimping.
  • the contact element is made in one piece from a copper alloy, for example CuZn40 or CuZn42.
  • the strands 431 of the line core 430 of the line 43 can be made of copper, for example. The result is a material pairing in which the connecting section 422 and the line 43 can have different deformation behavior.
  • the connecting section 422 When the connecting section 422 is reshaped to produce the crimp connection, the clear width of the opening 423 is reduced and, in this way, the line 43 inserted into the opening 423 is pressed with the connecting section 422.
  • rebounding can occur both on the connecting section 422 and on the line section of the line 43 lying in the opening 423, it being possible in particular for the connecting section 422 to expand a greater distance in the direction of the Opening 423 resilient than the line 43.
  • This can have the effect that a surface pressure between the connection section 422 and the line 43 is reduced after the crimped connection has been made, which in particular can impair the tensile strength of the connection and also the electrical quality of the connection.
  • a surface structure 5 is formed on the inner circumferential surface 424 of the opening 423, which surface structure forms two grooves 50 formed radially into the circumferential surface 424.
  • the grooves 50 interrupt the otherwise rotationally symmetrical, two-dimensional extension of the circumferential surface 424 and run around the circumference within the opening 423.
  • the grooves 50 together form two turns 500, 501 of a two-start thread.
  • the surface structure 5 is created by helically encircling grooves 50 within the opening 423, which together form a double thread.
  • grooves 50 are formed within the opening 423, which run around in a ring shape within the opening 423 and thus extend circumferentially closed around an insertion direction along which a line can be inserted into the opening 423.
  • Several grooves 50 are axially offset from one another within the opening 423.
  • grooves 50 are formed within the opening 423, which extend axially along an insertion direction along which a line can be inserted into the opening 423.
  • a plurality of grooves 50 are formed in a circumferentially distributed manner within the opening 423.
  • the grooves 50 of the exemplary embodiments according to FIGS. 4A to 4C, 5 and 6 are adapted in their shape, in particular their cross-sectional shape and depth, so that an advantageous, resilient, form-fitting connection is created between the connecting section 422 and a line 43 when a crimp connection is made can be.
  • the grooves 50 can have a depth T which is, for example, in a range between 0.02 mm and 0.4 mm, so that the grooves 50 have a one in comparison to a conventional thread have a comparatively small depth T.
  • the depth T is measured between the radially inner circumferential surface 424 and the radially outermost point of each groove 50.
  • the grooves 50 can be shaped differently in cross section. In FIGS. 8A to 8F, different cross-sectional shapes are shown in cross-section transverse to the direction of longitudinal extension of an individual groove 50.
  • the cross-section of the groove 50 can, for example, be round, for example arcuate, in particular semicircular.
  • the rounding of the groove 50 can be described by a radius R1, the groove 50 being delimited on both sides by edges 51, which represent a transition to the adjacent circumferential surface 424 and are sharp-edged in the exemplary embodiment according to FIG. 8A.
  • the edges 51 extend longitudinally along the groove 50 on both sides.
  • the groove 50 is round, the edges 51 being rounded.
  • the rounding at the edges 51 can be described by a radius R2, which can in particular be smaller than the radius R1 of the groove 50.
  • the groove 50 is shaped trapezoidally in cross section. Side flanks of the groove 50 are thus inclined. Edges 51 can be sharp-edged or rounded (as in FIG. 8B).
  • the groove 50 is rectangular in cross section. Again, edges 51 can be sharp-edged or rounded (as in FIG. 8B).
  • the groove 50 is triangular in shape. Edges 51 can be sharp-edged or, as shown in FIG. 8F, rounded, it also being possible for an edge at the bottom of the groove 50 to be rounded.
  • a good electromechanical connection can be created between the connecting section and the line by making a crimp connection, even if the material pairing with a line is unfavorable.
  • a surface structure can be shaped in any way and otherwise particularly interrupts one rotationally symmetrical shape of a circumferential surface within an opening for receiving the line.
  • a surface structure can in particular be formed by a groove or also a web, wherein other structures, in particular in the manner of knobs, pegs or recesses, pockets or the like, can also form the surface structure.

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Abstract

Eine Kontaktelementbaugruppe für ein steckend mit einem Gegensteckverbinderteil (30, 31) verbindbares Steckverbinderteil (4) umfasst ein Kontaktelement (41, 42), das einen Kontaktabschnitt (420) zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegen kontaktelement (300) und einen Verbindungsabschnitt (422) zum Herstellen einer Crimpverbindung mit einer an das Kontaktelement (41, 42) anzuschließenden elektrischen Leitung (43) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (422) aus einer Kupferlegierung gefertigt ist und eine Öffnung (423) zum Aufnehmen der Leitung (43) und eine die Öffnung (423) begrenzende Umfangsfläche (424) aufweist. Der Verbindungsabschnitt (422) weist eine Oberflächenstruktur (5) auf, die an der Umfangsfläche (424) geformt und ausgebildet ist, bei einem Herstellen der Crimpverbindung durch Umformen des Verbindungsabschnitts (422) mit der elektrischen Leitung (43) in Wirkverbindung zu gelangen.

Description

Kontaktelementbaugruppe für ein Steckverbinderteil
Die Erfindung betrifft eine Kontaktelementbaugruppe für ein steckend mit einem Gegensteckverbinderteil verbindbares Steckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kontaktelementbaugruppe umfasst ein Kontaktelement, das einen Kontaktabschnitt zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegen kontaktelement und einen Verbindungsabschnitt zum Herstellen einer Crimpverbindung mit einer an das Kontaktelement anzuschließenden elektrischen Leitung aufweist. Der Verbindungsabschnitt ist aus einer Kupferlegierung gefertigt und weist eine Öffnung zum Aufnehmen der Leitung und eine die Öffnung begrenzende Umfangsfläche auf.
Eine solche Kontaktelementbaugruppe ist an einem Steckverbinderteil verwendbar, das steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil verbindbar ist. Ein Steckverbinderteil der hier in Rede stehenden Art kann z.B. als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. Eine Ladebuchse ist beispielswiese an einem Fahrzeug angeordnet und kann steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil in Form eines Ladesteckers an einem an eine Ladestation angeschlossenen Kabel verbunden werden, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
Bei einem Steckverbinderteil zum Beispiel eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs werden ein oder mehrere Kontaktelemente mit zugeordneten Leitungen verbunden, um im Betrieb Ströme über das Kontaktelement zum Aufladen des Elektrofahrzeugs zu leiten. Das Verbinden einer Leitung mit einem zugeordneten Kontaktelements erfolgt durch Crimpen, indem die Leitung an den Verbindungsabschnitt des jeweils zugeordneten Kontaktelements angesetzt und der Verbindungsabschnitt plastisch umgeformt wird, sodass die Leitung formschlüssig und kraftschlüssig an dem Kontaktelement festgelegt wird.
Die Verbindung des Kontaktelements mit der zugeordneten Leitung soll hierbei so beschaffen sein, dass ein elektrisch günstiger Übergang zwischen dem Kontaktelement und der Leitung hergestellt wird, also Ströme mit geringem Übergangswiderstand übertragen werden können. Zudem soll das Kontaktelement mechanisch fest und langzeitstabil mit der Leitung verbunden sein, sodass zwischen dem Kontaktelement und der Leitung wirkende Zugkräfte nicht zu einem Lösen der Verbindung führen.
Bei einem aus der DE 20 2018 104 958 U1 bekannten Steckverbinder weist ein Kontaktelement einen Verbindungsabschnitt in Form eines Anschlussbereichs auf, der zum Herstellen einer Crimpverbindung umgeformt werden kann. Das Kontaktelement kann beispielsweise aus einer Kupfer-Zink-Legierung mit einem Bleianteil < 0,1 Gewichtsprozent (Gew.-%) gefertigt sein.
Zur Fertigung von Kontaktelementen werden herkömmlich Materialien verwendet, die einen vergleichsweise großen Bleianteil, beispielsweise einen Bleianteil größer 1 % aufweisen. Durch Verwendung solcher bleihaltiger Materialien kann insbesondere eine Spanbarkeit des Materials verbessert sein, sodass sich eine einfache Fertigung ergibt. Weil es sich bei Blei um ein Schwermetall handelt, bestehen jedoch Vorschriften, die die Verwendung von bleihaltigen Materialien zum Herstellen von Erzeugnissen einschränken. Es besteht somit grundsätzlich das Bedürfnis danach, Erzeugnisse aus bleifreien Materialien (also Materialien mit einem Bleianteil von < 0,1 Gewichtsprozent) zu fertigen.
Eine an ein Kontaktelement anzuschließende Leitungen kann beispielsweise eine Leitungsader aus Kupfer aufweisen, die zur Verbindung mit dem zugeordneten Kontaktelement über eine Crimpverbindung mit dem Kontaktelement zu verbinden ist. Ist das Kontaktelement aus einem von dem Material der Leitung unterschiedlichen Material - nämlich einer Kupferlegierung - gefertigt, kann es dazu kommen, dass die durch die Crimpverbindung hergestellte elektromechanische Verbindung gegebenenfalls nicht zuverlässig und langzeitstabil ist und insbesondere Zugkräfte zwischen dem Kontaktelement und der Leitung nicht mit hinreichender Festigkeit aufgenommen werden können. Dies rührt daher, dass sich das Kupfermaterial der Leitungsader und das Material des Kontaktelements beim Vercrimpen mit Blick auf ein Nachfedern unterschiedlich verhalten.
Es besteht somit ein Bedürfnis danach, bei Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die Leitung und das Kontaktelement eine Möglichkeit dafür zu schaffen, die Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung so herzustellen, dass die Crimpverbindung eine zuverlässige und langzeitstabile Verbindung zwischen der Leitung und dem Kontaktelement schafft. Bei einem aus der DE 10 2014 112 701 A1 bekannten Schwerlaststeckverbinder ist an einem Isolierkörper ein Crimpkontakt angeordnet, der zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in einem Crimpbereich einen zylindrischen Hohlraum mit einer Kabeleinführöffnung zur Aufnahme eines Aluminium-Litzen-Leiters aufweist. In dem zylindrischen Hohlraum trägt der Crimpkontakt ein Innengewinde.
Die DE 7045 534 U offenbart einen Presskabelschuh, bei dem an einer Innenfläche einer Kabelschuhhülse ein Gewinde ausgebildet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kontaktelementbaugruppe für ein Steckverbinderteil zur Verfügung zu stellen, die bei zumindest teilweiser Fertigung des Kontaktelements aus einer Kupferlegierung eine zuverlässige Crimpverbindung mit einer Leitung ermöglicht, auch wenn die Leitung aus einem anderen Material als das Kontaktelement gefertigt ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist der Verbindungsabschnitt eine Oberflächenstruktur auf, die an der Umfangsfläche geformt und ausgebildet ist, bei dem Herstellen der Crimpverbindung durch Umformen des Verbindungsabschnitts mit der elektrischen Leitung in Wirkverbindung zu gelangen.
Die Öffnung des Verbindungsabschnitts, in die die Leitung zum Verbinden mit dem Kontaktelement eingesetzt wird, ist beispielsweise zylindrisch geformt. Die Öffnung kann beispielsweise als Sackloch in dem Verbindungsabschnitt angeordnet sein, sodass eine Leitung entlang einer Einführrichtung in die Öffnung eingeführt werden kann. Ist die Leitung in die Öffnung eingeführt, kann der Verbindungsabschnitt unter Verwendung eines geeigneten Crimpwerkzeugs, insbesondere einer Crimpzange, umgeformt werden, um auf diese Weise eine Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung herzustellen und somit das Kontaktelement fest und unlösbar (permanent) mit der Leitung zu verbinden.
Ist die Öffnung zylindrisch geformt, so umgibt die Umfangsfläche die Öffnung rotationssymmetrisch entsprechend der (kreis-)zylindrischen Form der Öffnung und ist somit durch eine innere, die Öffnung begrenzende Mantelfläche ausgebildet. Die an der Umfangsfläche geformte Oberflächenstruktur unterbricht die flächige Erstreckung der Umfangsfläche, indem die Oberflächenstruktur als Erhebung oder Vertiefung an der Umfangsfiäche geformt ist und somit Strukturen an der Umfangsfläche schafft, die radial nach innen oder radial nach außen zu der Umfangsfläche weisen. Bei Herstellung der Crimpverbindung entsteht ein Formschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt des Kontaktelements und der Leitung, insbesondere zwischen der Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts und einem in der Öffnung aufgenommenen Leitungsaderabschnitt der Leitung, sodass die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Kontaktelement der Leitung verbessert ist. Durch Verkrallen der Oberflächenstruktur mit der Leitung kann insbesondere eine Zugfestigkeit erhöht werden, sodass zwischen dem Kontaktelement und der Leitung wirkende Zugkräfte aufgenommen und abgeleitet werden können und nicht zu einem Lösen der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung führen.
Durch Formen einer Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche kann insbesondere erreicht werden, dass eine Kontaktflächenpressung zwischen Litzen einer Leitungsader einer Leitung und dem Verbindungsabschnitt des Kontaktelements verbessert ist und zudem eine kraft- und formschlüssige Kontaktpaarung geschaffen wird.
Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise zumindest eine an der Umfangsfläche geformte Nut aufweisen. Eine Anordnung von einer oder mehreren Nuten ist somit in die Umfangsfiäche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts eingeformt, sodass bei einem Umformen des Verbindungsabschnitts zum Herstellen der Crimpverbindung die Umfangsfiäche mit der daran geformten Oberflächenstruktur verfallend mit der Leitung in Eingriff gelangen kann, um auf diese Weise einen Kraft- und Formschluss zwischen dem Kontaktelement und der Leitung herzustellen.
Die Nut kann beispielsweise im Querschnitt (quer zu ihrer Erstreckungsrichtung) rund (beispielsweise bogenförmig, insbesondere halbkreisförmig), dreieckig, trapezförmig oder rechteckig geformt sein.
An einem Übergang der Nut hin zur Umfangsfiäche kann eine Kante ausgebildet sein, die scharfkantig oder, alternativ, abgerundet sein kann. Ist die Kante abgerundet, so kann die Kante im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung der Nut beispielsweise eine durch einen Radius definierte Rundung aufweisen. Durch eine solche Abrundung kann insbesondere erreicht werden, dass bei einer Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung eine Beschädigung an Litzen einer Leitungsader der Leitung verhindert ist, indem die Oberflächenstruktur an der Umfangsfiäche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts nicht scharfkantig auf die Leitung einwirkt. In einer Ausgestaltung läuft die zumindest eine Nut um die Öffnung um. Insbesondere kann die Nut sich beispielsweise umfänglich um eine Einführrichtung, entlang derer eine Leitung in die Öffnung eingeführt werden kann, innerhalb der Öffnung an der Umfangsfläche erstrecken. Die Nut kann hierbei helisch zur Ausbildung eines Gewindes um die Öffnung umlaufen. Alternativ kann die Nut ringförmig geschlossen sein, wobei mehrere Nuten axial zueinander versetzt innerhalb der Öffnung gebildet sein können.
Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Nuten auch axial innerhalb der Öffnung erstreckt sein, also entlang der Einführrichtung, in die eine Leitung in die Öffnung einzuführen ist, um die Leitung an den Verbindungsabschnitt des Kontaktelements anzuschließen.
Bildet die Nut innerhalb der Öffnung ein Gewinde aus, so kann das Gewinde eingängig oderauch mehrgängig sein. Unter einem mehrgängigen Gewinde wird hierbei ein Gewinde verstanden, bei dem mehrere Gewindegängen parallel zueinander verlaufen. Beispielsweise kann ein solches mehrgängiges Gewinde zwei Gewindegänge aufweisen.
In einer Ausgestaltung weist die zumindest eine Nut eine Tiefe zwischen 0,02 mm und 0,4 mm auf. Die Tiefe wird hierbei zwischen einem inneren Radius der Umfangsfläche und dem radial tiefsten Punkt der Nut, die radial nach außen in die Umfangsfläche eingeformt ist, gemessen. Dadurch, dass die Nut eine vergleichsweise geringe Tiefe aufweist, kann die flächige Erstreckung der Umfangsfläche unterbrochen werden, wobei scharfkantige und tiefe Strukturen an der Umfangsfläche vermieden werden, um auf diese Weise das Risiko für eine Beschädigung an der Leitung bei Herstellung der Crimpverbindung zu reduzieren.
In einer Ausgestaltung weist die Kupferlegierung, aus der zumindest der Verbindungsabschnitt des Kontaktelements, vorteilhafterweise aber das gesamte Kontaktelement gefertigt ist, einen Bleianteil < 0,1 Gewichtsprozent auf. Das Kontaktelement ist somit aus einem Material gefertigt, das vernachlässigbar geringe Bleizusätze aufweist, sodass gesetzliche Anforderungen für bleifreie Erzeugnisse erfüllt werden können.
Bei der Kupferlegierung kann es sich um eine Kupfer-Zink-Regierung mit einem Zinkanteil von beispielsweise > 30 Gewichtsprozent, beispielsweise > 40 Gewichtsprozent handeln, zum Beispiel CuZn40 oder CuZn42. Durch den hohen Zinkanteil der Legierung kann die Bearbeitbarkeit in Bezug auf eine Verformbarkeit und Zerspanbarkeit verbessert sein, ohne dass Bleizusätze in der Legierung erforderlich sind. Dies ermöglicht eine einfache, günstige Fertigung des Kontaktelements und eine zuverlässige Herstellung der Crimpverbindung zum Anschließen der Leitung an das Kontaktelement.
In einer Ausgestaltung weist eine an das Kontaktelement anzuschließende elektrische Leitung eine elektrisch leitfähige Leitungsader auf, die aus einem von der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts des Kontaktelements unterschiedlichen Material, beispielsweise Kupfer, gefertigt ist. Hierbei kann sich ergeben, dass bei einem Herstellen der Crimpverbindung aufgrund der elastischen Materialeigenschaften es an dem Verbindungsabschnitt und der Leitung zu einem unterschiedlichen Umformungsverhalten kommt. Generell wird beim Umformen des Verbindungsabschnitts zum Herstellen der Crimpverbindung eine plastische Verformung an dem Verbindungsabschnitt bewirkt. Der Verbindungsabschnitt wird hierbei pressend umgeformt, sodass eine Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung hergestellt wird. Beim Verpressen kann es hierbei an dem Verbindungsabschnitt zu einem anderen Federverhalten als an der Leitung kommen. Federt der Verbindungsabschnitt beispielsweise um einen größeren Weg nach als die Leitung, so kann hierdurch die Qualität der Crimpverbindung beeinträchtigt sein.
Dies beruht darauf, dass beim Vercrimpen die innere Weite der Öffnung des Verbindungsabschnitts durch Umformen an dem Verbindungsabschnitt reduziert und der Verbindungsabschnitt somit mit der Leitung verpresst wird. Weitet sich die Öffnung nach Herstellen der Crimpverbindung aufgrund eines Nachfederns des Verbindungsabschnitts wieder um einen gewissen Weg, ohne dass sich die Leitung in gleicher Weise weitet, so ist aufgrund dieses Nachfederverhaltens die Flächenpressung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung reduziert.
Diesem wirkt die an der inneren Umfangsfläche der Öffnung geschaffene Oberflächenstruktur entgegen. Durch Vorsehen der Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche kommt es beim Vercrimpen zu einem verbesserten Formschluss und einer vergrößerten Kontaktflächenpressung, sodass auch bei einer Materialpaarung mit einem ungünstigen Nachfederverhalten die elektromechanische Crimpverbindung sicher und zuverlässig hergestellt werden kann und eine hinreichende Zugfestigkeit gewährleistet.
Die elastischen Eigenschaften des Materials der Leitungsader (beispielsweise Kupfer) und der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts können jeweils durch das E-Modul und die Streckgrenze beschrieben werden. Bei dem E-Modul handelt es sich um das Elastizitätsmodul, das die Steigung im Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei elastischer Verformung im linearen Bereich angibt. Das E-Modul wird üblicherweise in GPa (Gigapascal) oder MPA (Megapascal) angegeben. Unter der Streckgrenze wird hier die sogenannte 0,2%-Dehngrenze oder Elastizitätsgrenze Rpo,2 verstanden, die aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ablesbar ist und die mechanische Spannung angibt, bei der die auf die Anfangslänge einer Probe eines Materials bezogene, plastische (bleibende) Dehnung nach Entlassung 0,2 % beträgt.
Ein Kontaktelement mit einem Verbindungsabschnitt aus einer Kupferlegierung und einer an einer Umfangsfläche geformten Oberflächenstruktur der beschriebenen Art ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn
(a) das E-Modul des Materials der Leitungsader größer ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader kleiner ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts, oder
(b) das E-Modul des Materials der Leitungsader kleiner ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader kleiner ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts, oder
(c) das E-Modul des Materials der Leitungsader größer ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader größer ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts.
Bei diesen Verhältnissen des E-Moduls und der Streckgrenze ergibt sich generell ein Nachfederverhalten, bei dem der Verbindungsabschnitt in Richtung eines Aufweitens der Öffnung nach dem Vercrimpen um einen größeren Weg nachfedert als die Leitung. Bei diesen Verhältnissen des E-Moduls und der Streckgrenze kann somit durch Schaffung einer Oberflächenstruktur an der innere Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts eine Verbesserung der Verbindung zwischen der Leitung und dem Kontaktelement geschaffen werden. Insbesondere kann eine inhomogene elastische Rückverformung an dem Verbindungsabschnitt und der Leitung dazu genutzt werden, verbleibende Restspannungen in Axialrichtung des Verbindungsabschnitts zu gewährleisten, sodass eine zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung geschaffen werden kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig.1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem Ladekabel und einer Ladestation zum Aufladen;
Fig. 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Inlets auf Seiten eines Fahrzeugs;
Fig. 3 eine Ansicht eines Kontaktelements zum Verbinden mit einem
Gegen kontaktelement;
Fig. 4A eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
Fig. 4B eine stirnseitige Ansicht eines Verbindungsabschnitts des Kontaktelements;
Fig. 4C eine Ansicht des Kontaktelements, geschnitten im Bereich der
Verbindungsabschnitts entlang der Linie B-B gemäß Fig. 4B;
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
Fig. 7A eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
Fig. 7B eine ausschnittsweise vergrößerte Ansicht des Kontaktelements, darstellend eine Nut innerhalb einer Öffnung des Verbindungsabschnitts;
Fig. 8A-F Ansichten unterschiedlicher Formen einer Nut in einer Öffnung des Verbindungsabschnitts des Kontaktelements; und Fig. 9 eine Ansicht einer mit einem Kontaktelement zu verbindenden elektrischen Leitung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 1 in Form eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs (bezeichnet auch als Elektrofahrzeug). Das Elektrofahrzeug 1 verfügt über elektrisch aufladbare Batterien, über die ein Elektromotor zum Fortbewegen des Fahrzeugs 1 elektrisch versorgt werden kann.
Um die Batterien des Fahrzeugs 1 aufzuladen, kann das Fahrzeug 1 über ein Ladekabel 3 an eine Ladestation 2 angeschlossen werden. Das Ladekabel 3 kann hierzu mit einem Ladestecker 30 an einem Ende in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse des Fahrzeugs 1 eingesteckt werden und steht an seinem anderen Ende über einen anderen Ladestecker 31 mit einem Steckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse an der Ladestation 2 in elektrischer Verbindung. Über das Ladekabel 3 werden Ladeströme mit vergleichsweise großer Stromstärke hin zum Fahrzeug 1 übertragen.
Das Steckverbinderteil 4 aufseiten des Fahrzeugs 1 und das Steckverbinderteil 4 aufseiten der Ladestation 2 können sich unterscheiden. Möglich ist auch, das Ladekabel 3 fest an der Ladestation 2 (ohne Steckverbinderteil 4) anzuordnen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 4 in Form einer Ladebuchse zum Beispiel auf Seiten eines Fahrzeugs (auch bezeichnet als Fahrzeuginlet), das steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 30 in Form eines Ladesteckers an einem Ladekabel 3 verbunden werden kann, um das Elektrofahrzeug 1 mit der Ladestation 2 des Ladesystems zu verbinden. Das Steckverbinderteil 4 weist ein Gehäuseteil 40 auf, an dem Steckabschnitte 400, 401 geformt sind, mit denen das Steckverbinderteil 30 entlang einer Steckrichtung E steckend verbunden werden kann. An den Steckabschnitten 400, 401 sind Stecköffnungen gebildet, in denen Kontaktelemente 41 , 42 angeordnet sind, über die bei steckendem Verbinden eine elektrische Verbindung zu dem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 30 hergestellt werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an einem ersten, oberen Steckabschnitt 400 Kontaktelemente 41 angeordnet, über die zum Beispiel ein Ladestrom in Form eines Wechselstroms übertragen werden kann. Zusätzlich können Kontaktelemente vorhanden sein, über die Steuersignale übertragen werden können. An einem zweiten, unteren Steckabschnitt 401 sind demgegenüber zwei Kontaktelemente 42 angeordnet, über die ein Ladestrom in Form eines Gleichstroms übertragen werden kann. Die Kontaktelemente 42 sind mit Lastleitungen 43 verbunden, über die der Ladestrom geleitet wird.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 42, das beispielsweise an dem (in Fig. 2 unteren) Steckabschnitt 401 zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms verwendet werden kann. Ein Kontaktelement 41 am Steckabschnitt 400 zum Übertragen eines Wechselstroms kann baugleich ausgebildet sein.
Das Kontaktelement 42 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 weist einen Kontaktabschnitt 420 in Form eines Kontaktstifts auf, der mit einem Gegenkontaktelement 300 eines Gegensteckverbinderteils 30 steckend verbunden werden kann. Das Gegen kontaktelement 300 weist einen Kontaktabschnitt 301 in Form einer Kontaktbuchse auf, in die das Kontaktelement 42 mit dem Kontaktabschnitt 420 entlang der Steckrichtung E eingesteckt werden kann.
Das Kontaktelement 42 weist einen radial gegenüber dem Kontaktabschnitt 420 vorstehenden Bund 421 und einen an den Bund 421 anschließenden Verbindungsabschnitt 422 auf. Überden Verbindungsabschnitt 422 kann eine zugeordnete Leitung 43, über die im Betrieb Lastströme übertragen werden, an das Kontaktelement 42 angeschlossen werden, wobei der Verbindungsabschnitt 422 zum Herstellen einer Crimpverbindung ausgebildet ist und somit zum Anschließen der Leitung 43 umgeformt werden kann.
Bei einem in Fig. 4A bis 4C dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 42 ist in dem Verbindungsabschnitt 422 eine Öffnung 423 in Form eines Sacklochs geformt, in die die zugeordnete Leitung 43 entlang einer Einführrichtung eingeführt werden kann, um bei eingeführter Leitung 43 eine Crimpverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und der Leitung 43 durch Umformen an dem Verbindungsabschnitt 422 herzustellen. Die Öffnung 423 kann beispielsweise in spanender Weise durch Bohren an dem Verbindungsabschnitt 422 geformt sein und erstreckt sich von einem von dem Kontaktabschnitt 420 abliegenden Ende des Verbindungsabschnitts 422 axial in den Verbindungsabschnitt 422 hinein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsabschnitt 422 eine zylindrische Grundform auf und ist (zumindest in einem Ausgangszustand vor Umformen des Verbindungsabschnitts 422) rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Öffnung 423 ist in ihrem wesentlichen Erstreckungsbereich ebenfalls zylindrisch geformt und ist durch eine zylindrische Umfangsfläche 424 umfänglich begrenzt.
Durch Umformung an dem Verbindungsabschnitt 422 kann eine Crimpverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und einer in die Öffnung 423 eingesetzten Leitung 43 geschaffen werden. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, kann die Leitung 43 eine Leitungsader 430 mit Litzen 431 aufweisen, die in einem Leitungsmantel 432 geführt sind. Zum Verbinden mit dem Verbindungabschnitt 422 wird die Leitung 43 mit einem abisolierten Leiterende, also freiliegenden Litzen 431, in die Öffnung 422 eingeführt, sodass durch Vercrimpen eine elektromechanische Verbindung zu dem Kontaktelement 42 geschaffen werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement einstückig aus einer Kupferlegierung gefertigt, beispielsweise CuZn40 oder CuZn42. Die Litzen 431 der Leitungsader 430 der Leitung 43 können demgegenüber beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. Es ergibt sich eine Materialpaarung, bei der der Verbindungsabschnitt 422 und die Leitung 43 ein unterschiedliches Verformungsverhalten aufweisen können.
Bei einem Umformen an dem Verbindungsabschnitt 422 zum Herstellen der Crimpverbindung wird die lichte Weite der Öffnung 423 reduziert und auf diese Weise die in die Öffnung 423 eingesetzte Leitung 43 mit dem Verbindungsabschnitt 422 verpresst. Nach Herstellen der Crimpverbindung durch Verpressen kann es hierbei zu einem Nachfedern sowohl an dem Verbindungsabschnitt 422 als auch an dem in der Öffnung 423 einliegenden Leitungsabschnitt der Leitung 43 kommen, wobei insbesondere Vorkommen kann, dass der Verbindungsabschnitt 422 um einen größeren Weg in Richtung eines Aufweitens der Öffnung 423 nachfedert als die Leitung 43. Dies kann bewirken, dass eine Flächenpressung zwischen dem Verbindungabschnitt 422 und der Leitung 43 sich nach Herstellen der Crimpverbindung reduziert, was insbesondere die Zugfestigkeit der Verbindung und auch die elektrische Qualität der Verbindung beeinträchtigen kann.
Aus diesem Grund ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4A bis 4C an der inneren Umfangsfläche 424 der Öffnung 423 eine Oberflächenstruktur 5 geformt, die zwei radial in die Umfangsfläche 424 eingeformte Nuten 50 ausbildet. Die Nuten 50 unterbrechen die ansonsten rotationssymmetrische, flächige Erstreckung der Umfangsfläche 424 und laufen umfänglich innerhalb der Öffnung 423 um. Die Nuten 50 bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemeinsam zwei Gänge 500, 501 eines zweigängigen Gewindes aus.
Durch Vorsehen der Oberflächenstruktur 5 in Form der Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 kann bei Verpressen des Verbindungsabschnitts 422 mit der Leitung 43 zum Herstellen der Crimpverbindung eine insbesondere formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und der Leitung 43 geschaffen werden. Auch bei einem ungünstigen Nachfederverhalten kann dadurch eine hinreichende axiale Zugfestigkeit in der Verbindung und somit eine zuverlässige, langzeitstabile elektromechanische Verbindung gewährleistet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4A bis 4C ist die Oberflächenstruktur 5 durch helisch innerhalb der Öffnung 423 umlaufende Nuten 50, die gemeinsam ein zweigängiges Gewinde ausbilden, geschaffen. Bei einem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind demgegenüber Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 geformt, die ringförmig innerhalb der Öffnung 423 umlaufen und sich somit umfänglich geschlossen um eine Einführrichtung, entlang derer eine Leitung in die Öffnung 423 eingeführt werden kann, erstrecken. Mehrere Nuten 50 sind hierbei axial zueinander innerhalb der Öffnung 423 versetzt.
Bei einem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 geformt, die sich axial entlang einer Einführrichtung erstrecken, entlang derer eine Leitung in die Öffnung 423 eingeführt werden kann. Mehrere Nuten 50 sind umfänglich verteilt innerhalb der Öffnung 423 geformt.
Die Nuten 50 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 4A bis 4C, 5 und 6 sind in ihrer Form, insbesondere ihrer Querschnittsform und Tiefe, so angepasst, dass eine vorteilhafte, belastbare, formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und einer Leitung 43 bei Herstellen einer Crimpverbindung geschaffen werden kann. Wie dies in Fig. 7A, 7B veranschaulicht ist, können die Nuten 50 hierbei eine Tiefe T aufweisen, die zum Beispiel in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 0,4 mm liegt, sodass die Nuten 50 im Vergleich zu einem herkömmlichen Gewinde eine vergleichsweise geringe Tiefe T aufweisen. Die Tiefe T wird hierbei zwischen der radial inneren Umfangsfläche 424 und dem radial äußersten Punkt einer jeden Nut 50 gemessen. Wie in Fig. 8A bis 8F veranschaulicht, können die Nuten 50 im Querschnitt unterschiedlich geformt sein. In Fig. 8A bis 8F sind hierbei unterschiedliche Querschnittsformen im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung einer einzelnen Nut 50 dargestellt.
Die Nut 50 kann im Querschnitt, wie in Fig. 8A dargestellt, zum Beispiel rund ausgebildet sein, beispielsweise bogenförmig, insbesondere halbkreisförmig. Die Rundung der Nut 50 kann hierbei durch einen Radius R1 beschrieben sein, wobei die Nut 50 beidseitig durch Kanten 51 begrenzt ist, die einen Übergang zu der angrenzenden Umfangsfläche 424 darstellen und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8A scharfkantig ausgebildet sind. Die Kanten 51 erstrecken sich beidseitig längs entlang der Nut 50.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8B ist die Nut 50 rund ausgebildet, wobei die Kanten 51 abgerundet sind. Die Rundung an den Kanten 51 kann hierbei durch einen Radius R2 beschrieben sein, der insbesondere kleiner als der Radius R1 der Nut 50 sein kann.
Bei einem in Fig. 8C dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 im Querschnitt trapezförmig geformt. Seitenflanken der Nut 50 sind somit schräg gestellt. Kanten 51 können scharfkantig oder abgerundet (wie in Fig. 8B) ausgebildet sein.
Bei einem in Fig. 8D dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 im Querschnitt rechteckig geformt. Wiederum können Kanten 51 scharfkantig oder abgerundet (wie in Fig. 8B) ausgebildet sein.
Bei einem in Fig. 8E dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 dreieckig geformt. Kanten 51 können scharfkantig oder, wie in Fig. 8F dargestellt, abgerundet ausgebildet sein, wobei auch eine Kante am Boden der Nut 50 abgerundet sein kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
Durch das Vorsehen einer Oberflächenstruktur innerhalb eines Verbindungsabschnitts eines aus einer Kupferlegierung gefertigten Kontaktelements kann auch bei einer ungünstigen Materialpaarung mit einer Leitung eine gute elektromechanische Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung durch Herstellen einer Crimpverbindung geschaffen werden. Eine solche Oberflächenstruktur kann in ganz beliebiger Weise geformt sein und unterbricht eine ansonsten insbesondere rotationssymmetrische Formgebung einer Umfangsfläche innerhalb einer Öffnung zur Aufnahme der Leitung.
Eine Oberflächenstruktur kann insbesondere durch eine Nut oder auch einen Steg ausgebildet sein, wobei auch andere Strukturen, insbesondere nach Art von Noppen, Zapfen oder Aussparungen, Taschen oder dergleichen, die Oberflächenstruktur ausbilden können.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Ladestation
3 Ladekabel
30, 31 Gegensteckverbinderteil (Ladestecker)
300 Gegen kontaktelement
301 Kontaktabschnitt (Kontaktbuchse)
4 Steckverbinderteil
40 Gehäuseteil
400, 401 Steckabschnitt
41 Kontaktelement
42 Kontaktelement
420 Kontaktabschnitt (Kontaktstift)
421 Bund
422 Verbindungsabschnitt
423 Öffnung
424 Innere Mantelfläche
43 Elektrische Leitung (Lastleitung)
430 Leitungsader
431 Litzen
432 Leitungsmantel
5 Oberflächenstruktur
50 Nutanordnung
500, 501 Gang
51 Kante E Steckrichtung
R1 , R2 Radius T Tiefe

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktelementbaugruppe für ein steckend mit einem Gegensteckverbinderteil (30, 31 ) verbindbares Steckverbinderteil (4), mit einem Kontaktelement (41, 42), das einen Kontaktabschnitt (420) zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement (300) und einen Verbindungsabschnitt (422) zum Herstellen einer Crimpverbindung mit einer an das Kontaktelement (41, 42) anzuschließenden elektrischen Leitung (43) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (422) aus einer Kupferlegierung gefertigt ist und eine Öffnung (423) zum Aufnehmen der Leitung (43) und eine die Öffnung (423) begrenzende Umfangsfläche (424) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (422) eine Oberflächenstruktur (5) aufweist, die an der Umfangsfläche (424) geformt und ausgebildet ist, bei einem Herstellen der Crimpverbindung durch Umformen des Verbindungsabschnitts (422) mit der elektrischen Leitung (43) in Wirkverbindung zu gelangen.
2. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (423) zumindest abschnittsweise zylindrisch geformt ist.
3. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (424) umfänglich um die Öffnung (423) erstreckt ist.
4. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (5) die Umfangsfläche (424) unterbricht.
5. Kontaktelementbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (5) zumindest eine an der Umfangsfläche (424) geformte Nut (50) aufweist.
6. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (50) im Querschnitt rund, dreieckig, trapezförmig oder rechteckig geformt ist.
7. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine längs entlang der zumindest einen Nut (50) erstreckte, die zumindest eine Nut begrenzende, einen Übergang zu der Umfangsfläche (424) ausbildende Kante (51), wobei die Kante (51) eine durch einen Radius (R2) definierte Rundung aufweist.
8. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (50) um die Öffnung (423) umläuft.
9. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (50) axial entlang der Öffnung (423) erstreckt ist.
10. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (50) ein an der Umfangsfiäche (424) umlaufendes Gewinde ausbildet.
11. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Nuten (50) ein Gewinde mit zumindest zwei Gängen (500, 501) ausbilden.
12. Kontaktelementbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (50) eine Tiefe (T) zwischen 0,02 mm und 0,4 mm aufweist,
13. Kontaktelementbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung einen Bleianteil < 0,1 Gew.-% aufweist.
14. Kontaktelementbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung einen Zinkanteil Zn > 30 Gew.-% aufweist.
15. Kontaktelementbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an das Kontaktelement (41, 42) anzuschließende elektrische Leitung (43) mit einer elektrisch leitfähigen Leitungsader (430).
16. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsader (430) aus Kupfer gefertigt ist.
17. Kontaktelementbaugruppe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Leitungsader (430) ein erstes E-Modul und eine erste Streckgrenze und die Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts (422) ein zweites E- Modul und eine zweite Streckgrenze aufweisen, wobei (a) das erste E-Modul größer als das zweite E-Modul und die erste Streckgrenze kleiner als die zweite Streckgrenze sind oder (b) das erste E-Modul kleiner als das zweite E-Modul und die erste Streckgrenze kleiner als die zweite Streckgrenze sind oder (c) das erste E-Modul größer als das zweite E-Modul und die erste Streckgrenze größer als die zweite Streckgrenze sind.
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