WO2015124245A1

WO2015124245A1 - Steckverbindung

Info

Publication number: WO2015124245A1
Application number: PCT/EP2015/000021
Authority: WO
Inventors: Martin Zebhauser
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US9865954B2; EP3108545B1; DE202014001590U1; CN106030919A; CN106030919B; US20170012380A1; EP3108545A1; JP2017506422A; TWM509452U; JP6411532B2; KR20160124077A; CA2933388A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung mit einem ein erstes Kontaktteil (4) aufweisenden ersten Steckverbinder (1) und einem ein zweites Kontaktteil (5) aufweisenden zweiten Steckverbinder (2), wobei die Kontaktteile (4, 5) im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung federbelastet axial kontaktieren, und wobei das erste Kontaktteil eine dreidimensional gekrümmte Stirnfläche (7) und das zweite Kontaktteil eine sich aufweitende Vertiefung (8) in seiner Stirnfläche aufweist, so dass sich ein ringförmiger Kontaktbereich zwischen den Kontaktteilen (4, 5) ergibt.

Description

Steckverbindung

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung und insbesondere eine Steckverbindung zur Verbindung von Hochstromleitungen, wie sie beispielsweise in oder für Kraftfahrzeuge mit elektrischen Fahrantrieben eingesetzt werden.

An Steckverbindungen, die zur Verbindung von Hochstromleitungen in beispielsweise Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, werden besondere Anforderungen gestellt. Diese sind unter anderem für die Sicherheit des die Steckverbinder zusammensteckenden beziehungsweise lösenden Montagepersonals sowie für den Schutz der im Kraftfahrzeug verbauten elektronischen Komponenten relevant. So ist beispielsweise vorgesehen, neben den für die Übertragung des Hochstroms vorgesehenen, regelmäßig mit großem Querschnitt dimensionierten Kontaktteilen noch zusätzliche Kontaktelemente in die Steckverbinder zu integrieren, die von den Kontaktteilen elektrisch isoliert und Teil eines mit Niederspannung (insbesondere 12 V, 24 V oder 48 V des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs) beaufschlagten Sicherungsstromkreises sind. Mittels des Sicherungsstromkreises soll gewährleistet werden, dass die Kontaktteile der Steckverbinder erst dann mit der Hochspannung beaufschlagt werden, wenn diese vollständig kontaktieren. Der Sicherungsstromkreis ist dazu in ein Steuerungssystem für die Hochspannungsquelle integriert, wobei das Steuerungssystem die Hochspannungsquelle erst aktiviert, wenn der Sicherungsstromkreis infolge einer Kontaktierung der Kontaktelemente der Steckverbindung geschlossen ist. Hierzu sind die Steckverbinder derart ausgebildet, dass beim Zusammenstecken der Steckverbinder zunächst die mit den Hochstromleitungen verbundenen Kontaktteile und dann erst die Kontaktelemente für den Sicherungsstromkreis kontaktieren. Beim Lösen werden zunächst die Kontaktelemente des Sicherungsstromkreises gelöst, wodurch - sofern nicht bereits erfolgt - eine Hochspannungsbeaufschlagung der Hochstromleitungen unterbrochen wird. Dann erst werden die mit den Hochstromleitungen verbundenen Kontaktteile außer Kontakt gebracht. Dadurch kann ein Überschlag beim Zusammenstecken bzw. Lösen der Steckverbindung infolge anliegender Hochspannung, der zu einer Verletzung des Montagepersonals und zu einem Verbrennen der Kontaktteile führen könnte, vermieden werden. Eine solche Sicherungsfunktionalität wird vielfach auch mit dem Begriff„Interlock" bezeichnet.

Eine entsprechende Steckverbindung ist beispielsweise aus der DE 20 2011 107 900 U1 bekannt. Dort sind die Kontaktteile als einfache Kontaktstifte und Kontaktbuchsen ausgebildet, die beim Zusammenstecken der Steckverbinder ineinander gesteckt werden.

Eine solche Ausgestaltung der Kontaktelemente des Sicherungsstromkreises erfordert ein Zusammenstecken der Steckverbinder in einer exakten Ausrichtung zueinander, wodurch die Handhabung erschwert wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für Hochspannungsanwendungen in oder für Kraftfahrzeuge vorgesehene Steckverbindung zu verbessern. Insbesondere sollte sich die Steckverbindung durch eine einfache Handhabung beim Zusammenstecken, eine sichere Kontaktierung und/oder geringe Herstellungskosten auszeichnen. Diese Aufgabe wird durch eine Steckverbindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

Eine Steckverbindung mit (zumindest) einem (mindestens) ein erstes Kontaktteil aufweisenden ersten Steckverbinder und einem (mindestens) ein zweites Kontaktteil aufweisenden zweiten Steckverbinder, wobei die zusammengehörigen ersten und zweiten Kontaktteile im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung federbelastet axial kontaktieren, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktteil zumindest in demjenigen Abschnitt, in dem dieses das zweite Kontaktteil kontaktiert, eine dreidimensional gekrümmte Stirnfläche und das zweite Kontaktteil zumindest in demjenigen Abschnitt, in dem dieses das erste Kontaktteil kontaktiert, eine sich (in Richtung des dazugehörigen Endes des Kontaktteils) konisch aufweitende Vertiefung in seiner Stirnfläche aufweist, so dass sich ein ringförmiger Kontaktbereich zwischen den Kontaktteilen ergibt.

Dabei wird unter„konisch" eine Rotationsfläche verstanden, die durch eine um eine Achse rotierende Kurve gebildet wird. Die konische Vertiefung kann dabei vorzugsweise trompetenförmig, d.h. mit einer in Richtung der Achse gekrümmt verlaufenden Kurve bzw. Mantelfläche ausgebildet sein. Andere Formen für die konische Vertiefung, z.B. kegel- oder teilkegelförmig sowie vasenförmig (d.h. mit einer von der Achse weg weisenden Krümmung der Kurve bzw. der Mantelfläche) sind ebenfalls möglich. Komplexere Formen für die Kurve bzw. Mantelfläche sind ebenfalls möglich, können aber mit einem höheren Herstellungsaufwand verbunden sein.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steckverbindung können eine Mehrzahl von Vorteilen erzielt werden. Zum einen sorgt die besondere Ausgestaltung der Stirnflächen des ersten und zweiten Kontaktteils für eine Selbstzentrierung der Kontaktteile bezüglich ihrer Längsachsen. Um dies zu unterstützen kann in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite Kontaktteil zumindest im Bereich der als Kontaktfläche dienenden Stirnfläche eine radiale Beweglichkeit aufweist, die beispielsweise durch eine entsprechende Lagerung in einem Gehäuse des dazugehörigen Steckverbinders realisiert werden kann. Dabei kann die radiale Beweglichkeit auch durch ein Verschwenken um eine zur Längsachse des entsprechenden Kontaktteils senkrechte Achse erzielt werden. Die sich daraus gegebenenfalls ergebende fehlende Koaxialität oder Parallelität der Längsachsen der zwei kontaktierenden Kontaktteile stellt dabei wegen der besonderen Ausgestaltung der kontaktierenden Stirnflächen kein relevantes Problem für die Kontaktsicherheit dar. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann sich daraus ergeben, dass im Kontaktbereich keine filigranen Bauteile vorgesehen sind. Zumindest aus Sicht des Bauteilschutzes kann daher gegebenenfalls auf einen Interlock-Sicherungskreis verzichtet werden und die Steckverbindung bei den bevorzugt vorgesehenen Hochstromanwendungen als sogenannt Hot-Plug-fähig ausgestaltet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann vorgesehen sein, dass die Stirnfläche des ersten Kontaktteils teilsphärisch (d.h. teilkugelförmig) ist. Eine solche Ausgestaltung der Stirnfläche des ersten Kontaktteils, insbesondere in Verbindung mit einer ebenfalls bevorzugten trompetenförmigen Ausgestaltung der Vertiefung des zweiten Kontaktteils, kann sich durch eine gute Selbstzentrierungsfunktionalität sowie eine besonders gute Unempfindlichkeit bezüglich einer Nichtkoaxialiät oder Nichtparallelität der Längsachsen der Kontaktteile auszeichnen.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass jeder der Steckverbinder ein das dazugehörige Kontaktteil aufnehmendes Gehäuse aufweist. Vorzugsweise kann dann weiterhin vorgesehen sein, dass zumindest eines der Kontaktteile federbelastet axial verschiebbar in dem dazugehörigen Gehäuse gelagert ist. Dies kann eine konstruktiv einfache Realisierung der axialen Federbelastung des zwischen den Kontaktteilen ausgebildeten Kontaktbereichs darstellen. Die Federbelastung des Kontaktbereichs kann dann vorzugsweise mittels einer das axial verschiebbare Kontaktteil umgebenden Schraubenfeder realisiert werden, die sich zwischen einem Abschnitt, beispielsweise einem außenseitig umlaufenden Bund des Kontaktteils und einem Abschnitt, beispielsweise einem innenseitig umlaufenden Bund des Gehäuses abstützt. Für die Federbelastung kann somit auf ein als Zukaufteil kostengünstig erhältliches Bauteil zurückgegriffen werden, wobei die das Kontaktteil umgebende Anordnung der Schraubenfeder sich zudem durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 : eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steckverbindung in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 2: einen ersten Steckverbinder der Steckverbindung gemäß der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 3: den Steckverbinder gemäß der Fig. 2 in einem Längsschnitt;

Fig. 4: den zweiten Steckverbinder der Steckverbindung gemäß der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 5: den Steckverbinder gemäß der Fig. 4 in einem Längsschnitt;

Fig. 6: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steckverbindung in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 7: einen ersten Steckverbinder der Steckverbindung gemäß der Fig. 6 in einem perspektivischen Längsschnitt; und

Fig. 8: den zweiten Steckverbinder der Steckverbindung gemäß der Fig. 6 in einem perspektivischen Längsschnitt. Die in der Fig. 1 dargestellte Steckverbindung umfasst einen ersten Steckverbinder 1 (vgl. Fig. 2 und 3) und einen zweiten Steckverbinder 2 (vgl. Fig. 4 und 5). Beide Steckverbinder 1 , 2 umfassen jeweils ein Gehäuse 3 sowie ein zumindest teilweise in dem jeweiligen Gehäuse angeordnetes Kontaktteil 4, 5. Beide Kontaktteile 4, 5 weisen ein steckseitiges Ende, das für einen axialen Kontakt mit dem jeweils anderen Kontaktteil 4, 5 vorgesehen ist. Weiterhin weisen beiden Kontaktteile 4, 5 ein kabelseitiges Ende auf, das jeweils für eine Verbindung mit einem Leiter 6 eines im Übrigen nicht dargestellten Kabels vorgesehen ist. Dazu sind die kabelseitigen Enden der Kontaktteile 4, 5 rohrförmig ausgebildet, so dass sie den Leiter 6 des dazugehörigen Kabels endseitig aufnehmen können. Eine mechanische Verbindung zwischen den Kontaktteilen 4, 5 und den Leitern 6 kann beispielsweise durch Verlöten erfolgen, wozu Lötöffnungen in den Kontaktteilen 4, 5 vorgesehen sind.

Das Kontaktteil 4 des ersten Steckverbinders 1 weist steckseitig eine teilsphärische Stirnfläche 7 auf. Diese kontaktiert eine Stirnfläche des Kontaktteils 5 des zweiten Steckverbinders 2 in einer Vertiefung 8, die sich trompetenförmig (in Richtung des steckseitigen Endes) aufweitend ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich ein ringförmiger Kontaktbereich zwischen den Kontaktteilen 4, 5, der auch dann gegeben ist, wenn die zwei Steckverbinder 1 , 2 bzw. die zwei Kontaktteile 4, 5 nicht exakt koaxial (bezüglich der Längsachsen der kreisförmige Querschnitte aufweisenden Kontaktteile 4, 5) zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist die Steckverbindung hinsichtlich der Kontaktzuverlässigkeit relativ unempfindlich hinsichtlich Lage- und Formtoleranzen der Bauteile.

Um den für die Kontaktzuverlässigkeit ebenfalls erforderlichen axialen Kontaktdruck zu gewährleisten ist das Kontaktteil 4 des ersten Steckverbinders 1 axial (d.h. in den durch die Längsachse definierten Richtungen) beweglich innerhalb des dazugehörigen Gehäuses 3 gelagert und mittels einer vorgespannten Schraubenfeder 9 in Richtung des zweiten Steckverbinders 2 beaufschlagt. Ein Anschlagen eines außenseitig ringförmig umlaufenden Bundes 10 des Kontaktteils 4 an einem Absatz 11 , der von einem Durchmessersprung einer zentral in dem Gehäuse 3 ausgebildeten Aufnahmeöffnung ausgebildeten wird, begrenzt die axiale Beweglichkeit des Kontaktteils 4 in dem Gehäuse 3. Die Schraubenfeder stützt sich zwischen dem umlaufenden Bund 10 des Kontaktteils 4 und einer Befestigungshülse 12 ab, die bei der Montage des ersten Steckverbinders 1 von dem kabelseitigen Ende in die Aufnahmeöffnung des Gehäuses 3 eingepresst wird und dadurch den Zusammenhalt des ersten Steckverbinders 1 gewährleistet.

Zur Montage des zweiten Steckverbinders 2 wird dessen Kontaktteil 5 ebenfalls von dem kabelseitigen Ende aus in eine zentral angeordnete Aufnahmeöffnung des dazugehörigen Gehäuses 3 einsetzt und dort fixiert (z.B. kraftschlüssig durch Einpressen oder stoffschlüssig durch Verkleben).

Die in den Fig. 6 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steckverbindung weist ebenfalls einen ersten Steckverbinder 1 und einen zweiten Steckverbinder 2 auf.

Wesentlicher Unterschied zu der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Steckverbindung ist die Ausgestaltung mit mehreren Kontaktelementen. Konkret sind drei Paare von erfindungsgemäß kontaktierenden Kontaktelementen 4, 5 vorgesehen. Die einzelnen Kontaktelemente 4, 5 sind den ersten, in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen entsprechend ausgebildet und auf im Wesentlichen identische Weise in die dazugehörigen Gehäuse 3 integriert. Bei dem ersten Steckverbinder 1 stützen sich die die Kontaktelemente 4 beaufschlagenden Schraubenfedern 9 rückseitig jedoch nicht an Befestigungshülsen ab, sondern an einer Stirnfläche eines Gehäuseteils des mehrteiligen Gehäuses 3.

Die Kontaktelemente 4, 5 können zur Übertragung von Hochstrom in einem Hochspannungsstromkreis vorgesehen sein. Beispielsweise können diese in das elektrische Traktionsnetz eines (teil-)elektrifizierten Kraftfahrzeugs oder in ein Ladesystem dafür integriert sein. Dabei wird unter „Hochspannung" erfindungsgemäß eine elektrische Spannung von mindestens 30 V bei Wechselstrom und mindestens 60 V bei Gleichspannung verstanden. Unter „Niederspannung" wird entsprechend eine elektrische Spannung verstanden, die unter 30 V bzw. 60 V liegt. Die beiden Steckverbinder 1 , 2 umfassen weiterhin kleiner dimensionierte Kontaktelemente 13, die Teil eines mit Niederspannung betriebenen Sicherungsstromkreises sein können, der als sogenannter Interlock für den die Kontaktelemente 4, 5 umfassenden Hochspannungsstromkreis dienen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Steckverbindung mit einem ein erstes Kontaktteil (4) aufweisenden ersten Steckverbinder (1 ) und einem ein zweites Kontaktteil (5) aufweisenden zweiten Steckverbinder (2), wobei die Kontaktteile (4, 5) im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung federbelastet axial kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktteil (1) eine dreidimensional gekrümmte Stirnfläche (7) und das zweite Kontaktteil eine sich aufweitende Vertiefung (8) in seiner Stirnfläche aufweist, so dass sich ein ringförmiger Kontaktbereich zwischen den Kontaktteilen (4, 5) ergibt.

2. Steckverbindung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (7) des ersten Kontaktteils (4) teilsphärisch ist.

3. Steckverbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (8) des zweiten Kontaktteils (5) konisch ausgebildet ist.

4. Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes, das erste Kontaktteil (4) aufnehmendes Gehäuse (3) und/oder ein zweites, das zweite Kontaktteil (5) aufnehmendes Gehäuse (3), wobei zumindest eines der Kontaktteile (4, 5) federbelastet axial verschiebbar in dem dazugehörigen Gehäuse (3) gelagert ist.

5. Steckverbindung gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine das federbelastet axial verschiebbare Kontaktteil (4, 5) umgebende Schraubenfeder 9, die sich zwischen einem Abschnitt des Kontaktteils (4, 5) und einem Abschnitt des Gehäuses (3) abstützt.