WO2022229221A1 - Sicherheitselement und steckverbinder - Google Patents

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WO2022229221A1
WO2022229221A1 PCT/EP2022/061105 EP2022061105W WO2022229221A1 WO 2022229221 A1 WO2022229221 A1 WO 2022229221A1 EP 2022061105 W EP2022061105 W EP 2022061105W WO 2022229221 A1 WO2022229221 A1 WO 2022229221A1
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security element
connector
limit
limit temperature
electrically conductive
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PCT/EP2022/061105
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Marco Weiss
Markus Battisti
Jan-Patrick Schulz
Raphael Hoor
Jonas Daenicke
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Hirschmann Automotive Gmbh
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    • H01R4/01—Connections using shape memory materials, e.g. shape memory metal

Definitions

  • the present invention relates to a security element for an electrical connector and a connector with such a security element.
  • the invention is based on the object of creating a safety element for a connector which makes it possible to avoid dangerous malfunctions and prevent the damage associated therewith.
  • a security element for an electrical connector is provided.
  • the security element is designed in such a way that it has an electrically insulating effect below a limit temperature. Furthermore, that is Security element is designed such that this has an electrically conductive effect above the limit temperature.
  • a connector is provided according to the invention, comprising such a security element or a security element developed as described below.
  • the limit temperature is the temperature at which the electrical resistance or the electrical conductivity of the security element changes in such a way that the security element has an electrically conductive effect above the limit temperature. Below the limit temperature, the security element has an electrically insulating effect.
  • the security element is designed in such a way that a plug connector, which has such a security element, has its intended functionality in the sense of providing an electrical connection below the limit temperature.
  • the security element becomes electrically conductive and an intentional malfunction occurs in the connector. This malfunction can be, for example, a short circuit or an electrically measurable malfunction of the connector. This can also trigger a safety function.
  • the insulation resistance of the security element is temperature-dependent. This means that the insulation resistance changes with the temperature of the security element.
  • Security element refers to the security element as a structural unit, regardless of how many components the security element comprises as a whole.
  • the insulation resistance of the security element can, for example, by melting a component or part and / or by change temperature-dependent changes in the material properties (such as changes in electrical conductivity or electrical resistance) of individual components of the security element.
  • a first threshold value of the insulation resistance (R iso ), at which the security element is considered to be electrically conductive within the meaning of the invention, can be 500 k ⁇ , for example. Furthermore, a second threshold value, for example, at 100 k ⁇ .
  • the limit temperature is preferably dimensioned in such a way that the plug connector is not damaged or destroyed even when the limit temperature is reached or exceeded, but rather it remains intact. This is achieved in particular in that the limit temperature only occurs in the hottest zone of the plug connector, in which the security element is at least partially arranged.
  • the security element is a secondary lock, which is preferably designed to lock a first plug-in connection element and a second plug-in connection element of a plug connector to one another.
  • the security element is a secondary lock, which is designed to lock a connector secondarily, ie to provide an additional lock to a primary lock of a connector.
  • the secondary locking can be a component that is separate from the first plug-in connection element and the second plug-in connection element and is designed independently of the first plug-in connection element and the second plug-in connection element of the plug connector the secondary lock can be easily replaced, which may be necessary, for example, after the limit temperature has been exceeded 240°C, more preferably in a range of 220°C to 230°C. This ensures that the limit temperature, which is preferably present only in the hottest zone of the connector, is in a temperature range in which damage to the connector is prevented.
  • the security element is formed from a polymer which is electrically conductive above the limit temperature. This specifies a security element that, due to its material properties, is electrically conductive above the limit temperature,
  • the security element comprises a base body that is made from a polymer that has a melting temperature that corresponds to the limit temperature. This ensures that the base body melts when the limit temperature is reached.
  • the base body of the security element is formed from a polymer which is electrically conductive above the limit temperature. Furthermore, in a further development of the security element, it is provided that the base body comprises at least one bore, the at least one bore accommodating at least one electrically conductive element.
  • the security element is designed such that when the limit temperature is exceeded, the polymer from which the base body is formed melts and the at least one electrically conductive element is exposed, so that the security element has the electrically conductive effect when the limit temperature is exceeded.
  • an electrical contact can be made by the electrically conductive element of the security element, so that the security element has the electrically conductive effect.
  • the security element becomes permanently conductive. If such a security element that has become permanently conductive is installed in a connector, the security function is triggered until the security element is replaced.
  • the at least one electrically conductive element can be formed from a conductive polymer or a metal.
  • two bores are formed in the base body.
  • An electrically conductive element is preferably arranged in each bore.
  • the at least one electrically conductive element can be a pin.
  • the security element comprises an element made of bimetallic material, which is designed to change the electrical resistance and/or the shape as a function of temperature in such a way that it has an electrically insulating effect below a limit temperature and one above the limit temperature has an electrically conductive effect.
  • this can be a reversible safety element that is electrically conductive when the temperature limit is exceeded and is electrically insulating when the temperature falls below the limit temperature again.
  • this can be a reusable security element that exceeds and/or falls below the
  • the security element has an element made of a shape memory alloy that changes its shape above the limit temperature, so that the security element has the electrically conductive effect when the limit temperature is exceeded.
  • an electrically conductive effect can also be reliably produced in an overhead position or in other cases in which the function of a security element could possibly be restricted.
  • the security element is a shape memory element, which is preferably a 3D
  • the pressure element is designed in such a way that it changes its shape above the limit temperature, so that the security element has the electrically conductive effect when the limit temperature is exceeded. In this way, shapes can be realized that cannot be realized with other manufacturing processes. Furthermore, as described above, an electrically conductive effect can be reliably produced due to the possibility of changing the shape even in an overhead position or in other cases in which the function of a security element could possibly be restricted.
  • the connector is an HV
  • Connector high-voltage connector
  • “High voltage” within the meaning of the invention relates to alternating voltages (AC) from 30 V to 1 kV or direct voltages (DC) from 60 V to 1.5 kV. This specifies a connector that meets the requirements of modern vehicle systems such as battery electric vehicles (BEV) or plug-in hybrid vehicles (PHEV).
  • BEV battery electric vehicles
  • PHEV plug-in hybrid vehicles
  • the plug connector has a first plug-in connection element and a second plug-in connection element.
  • the security element can be designed as a secondary lock in order to lock the first plug-in connection element and the second plug-in connection element to one another.
  • the plug connector preferably also has a primary locking.
  • the security element when the connector is in a secondary locked state, the security element is arranged in the hottest zone of the connector and has an electrically conductive effect above the limit temperature, so that a planned malfunction of the connector occurs above the limit temperature.
  • a second environmental parameter such as the air humidity influences the electrical conductivity or the electrical resistance of the security element.
  • FIG. 1 a schematic side view of a security element according to the invention of a first embodiment
  • FIG. 2 a schematic sectional representation of a device according to the invention
  • FIG. 3 a schematic sectional representation of a device according to the invention
  • Figure 4 a schematic perspective sectional view of a second plug connection element and a security element according to the invention of the second embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic partial sectional representation of the connector according to the invention with the security element according to the invention of the second embodiment
  • Figure 6 a schematic perspective partial sectional view of the connector according to the invention with the security element according to the invention of the second embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a security element 10 according to the invention in a first embodiment.
  • the security element 10 according to the invention is a security element 10 for an electrical connector 100.
  • the security element 10 is designed in such a way that it has an electrically insulating effect below a limit temperature T limit having.
  • the security element 10 is also designed in such a way that it has an electrically conductive effect above the limit temperature T Limit .
  • a part of the security element 10 is preferably arranged in a state in which it is installed in the electrical connector in a hottest zone H of the electrical connector 100 .
  • the security element 10 according to FIG. 1 is a secondary lock.
  • a secondary lock is preferably designed to lock a first plug connection element 110 and a second plug connection element 120 of the plug connector 100 together.
  • the limit temperature T limit is preferably in a range from 200°C to 250°C, more preferably in a range from 210°C to 240°C, in particular in a range from 220°C to 230°C.
  • the security element 10 according to FIG. 1 has a base body 10' which is made of a polymer. It can be provided that the polymer is electrically conductive above the limit temperature T Limit .
  • the security element 10 can comprise a base body 10′ which is made from a polymer which has a melting point which corresponds to the limit temperature T Limit . The result of this is that the base body melts when the limit temperature is exceeded and conductive elements of the security element are exposed, so that an electrical contact is produced as a result.
  • the security element 10 has two webs 16 which are used to lock the first plug connection element 110 and the second plug connection element 120 of the plug connector 100 .
  • a distal end 16E of the webs 16 extends in such a way that they are arranged in the hottest zone H of the electrical plug connector 100 .
  • the security element 10 has at least one guide element 18, which is used to guide and correctly position the security element 10 in the connector 100 or in the first connector element 110 and the second connector element 120 of the connector 100 is used.
  • the security element 10 has at least one latching surface, which is used to latch the security element in the connector 100 or in the first plug-in connection element 110 and the second plug-in connection element 120 of the plug connector 100 .
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a security element 10 according to the invention in a second embodiment.
  • the second embodiment is based on the security element 10 of the first embodiment, with only the differences from the first embodiment of the security element 10 being described in addition in the following.
  • the base body 10 ′ comprises at least one bore 12 .
  • the bore 12 accommodates an electrically conductive element 14 .
  • the security element 10 is designed in such a way that when the limit temperature T limit is exceeded , the polymer from which the base body 10' is formed melts and the at least one electrically conductive element 14 is exposed, so that the security element 10 has the electrically conductive effect when the limit temperature is exceeded T limit has.
  • the conductive element is preferably designed as a pin 14 and, as shown in FIG , the polymer from which the base body 10' is formed melts and the at least one pin 14, In particular, the distal ends 14e of the pin 14 are exposed, so that the security element 10, the electrically conductive effect when the
  • each pin 14 is pressed into the respective bore of the base body 10'.
  • two bores 12 are formed in the base body 10′ and in each of the bores 12 an electrically conductive element, preferably a pin 14, is formed.
  • the bores 12 are each formed in the webs 16 which are used to lock the first plug-in connection element 110 and the second plug-in connection element 120 of the plug connector 100 .
  • the at least one bore 12 is preferably designed as a blind hole or as a blind bore so that it is only open on one side, so that the at least one electrically conductive element 14 can be pressed in through the opening.
  • the electrically conductive element 14 In the pressed-in state, the electrically conductive element 14 is surrounded by a uniformly thick material layer of the base body 10' and only the opening through which the conductive element 14 was pressed remains open.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a security element 10 according to the invention in a third embodiment.
  • the third embodiment is based on the security element 10 of the second embodiment, only the differences from the first embodiment of the security element 10 being described in addition.
  • the electrically conductive element 14 is designed in such a way that it has a plurality of distal ends 14E, with each distal end 14E being associated with a bore 12 .
  • the electrically conductive element 14 thus engages in all bores 12 . If the limit temperature T limit is exceeded , the polymer from which the base body 10' is formed melts and the electrically conductive element 14, in particular the distal ends 14e of the electrically conductive element 14, are exposed, so that the security element 10 has the electrically conductive effect when it is exceeded has the limit temperature T limit .
  • a short circuit can occur, for example,
  • FIG. 4 shows a schematic perspective sectional illustration of a second plug connection element 120 and a security element 10 according to the invention of the second embodiment.
  • a security element 10 of another embodiment it is also possible for a security element 10 of another embodiment to be used.
  • the second plug connection element 120 of the plug connector 100 has two electrical contact partners 122, 124.
  • the hottest zone H of the electrical connector 100 is located in the region of these electrical contact partners 122, 124.
  • a web 18 of the security element 10 is assigned to each of these electrical contact partners 122, 124. If one of the electrical contact partners 122, 124 has an impermissibly high temperature in the form of a If the limit temperature T limit is exceeded , the polymer of the respective web 16 melts and electrical contact occurs. This triggers a measurable malfunction, which can be detected so that it can be determined that the limit temperature T limit in the connector 100 has been exceeded.
  • the connector according to FIGS. 4 to 6 is preferably a high-voltage connector (HV connector).
  • HV connector high-voltage connector
  • FIG. 5 shows a schematic partial sectional representation of the connector 100 according to the invention with the security element 10 according to the invention of the second embodiment.
  • a security element 10 of another embodiment it is also possible for a security element 10 of another embodiment to be used.
  • the connector 100 has a first connector element 110 and the second connector element 120 already described with reference to FIG.
  • the security element 100 is designed as a secondary lock in order to lock the first plug-in connection element 110 and the second plug-in connection element 120 to one another,
  • FIG. 5 shows the connector 100 in a secondary locked state.
  • the security element 10 designed as a secondary lock is arranged as an intermediate element between the first plug connection element 110 and the second plug connection element 120 for locking the first plug connection element 110 and the second plug connection element 120 .
  • the security element 10 is arranged in the hottest zone H of the connector 100 and has an electrically conductive effect above the limit temperature T limit , so that a planned malfunction of the connector 100 occurs above the limit temperature T limit .
  • the security element 10 has the guide element 18 .
  • this guide element 18 is designed as a guide groove.
  • the guide groove can have a T-shaped cross section.
  • the second plug-in connection element 120 has a counter-guide element 128 .
  • this counter-guide element 128 is designed as a guide web.
  • the guide web can have a T-shaped cross section.
  • guide element 18 and counter-guide element 128 are designed in such a way that security element 10 is guided by guide element 18 and counter-guide element 128 in relation to second plug-in connection element 120 .
  • FIG. 6 shows a schematic perspective partial sectional view of the connector according to the invention, which is already shown in FIG. 5, with the security element according to the invention of the second embodiment.
  • a security element 10 of another embodiment is used.

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Abstract

Sicherheitselement (10) für einen elektrischen Steckverbinder (100), wobei das Sicherheitselement (10) derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb einer Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist, und wobei das Sicherheitselement (10) derart ausgebildet ist, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch leitende Wirkung aufweist.

Description

Sicherheitselement und Steckverbinder
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für einen elektrischen Steckverbinder sowie einen Steckverbinder mit einem solchen Sicherheitselement.
Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitselemente für elektrische Steckverbinder bekannt, die unabhängig von Umgebungseinflüssen immer die gleiche Wirkung haben. Kommt es zu einer großen Hitzeentwicklung aufgrund einer Fehlfunktion im Steckverbinder kann diese Fehlfunktion nicht erkannt werden, sondern es kommt zu Ausfall des Steckverbinders.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement für einen Steckverbinder zu schaffen, der es ertaubt gefährliche Fehlfunktionen zu vermeiden und die damit verbundenen Schäden zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Sicherheitselement für einen elektrischen Steckverbinder bereitgestellt. Das Sicherheitselement ist derart ausgebildet, dass dieses unterhalb einer Grenztemperatur eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist. Ferner ist das Sicherheitselement derart ausgebildet ist, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur eine elektrisch leitende Wirkung aufweist.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Steckverbinder bereitgestellt, umfassend ein solches oder wie nachfolgend beschrieben weitergebildetes Sicherheitselement.
Die Grenztemperatur ist dabei die Temperatur, bei welcher sich der elektrische Widerstand beziehungsweise die elektrische Leitfähigkeit des Sicherheitselements derart ändert, dass das Sicherheitselement oberhalb der Grenztemperatur eine elektrisch leitfähige Wirkung aufweist. Unterhalb der Grenztemperatur weist das Sicherheitselement eine elektrisch isolierende Wirkung auf. Hierdurch wird erreicht, dass das Sicherheitselement derart ausgebildet ist, dass ein Steckverbinder, der ein solches Sicherheitselement aufweist, unterhalb der Grenztemperatur seine vorgesehene Funktionalität im Sinne einer Bereitstellung einer elektrischen Verbindung, aufweist. Oberhalb der Grenztemperatur wird das Sicherheitselement elektrisch leitfähig und es kommt im Steckverbinder zu einer gewollten Fehlfunktion. Bei dieser Fehlfunktion kann es sich beispielsweise um einen Kurzschluss oder um eine elektrisch messbare Fehlfunktion des Steckverbinders handeln. Ebenfalls kann hierdurch eine Sicherheitsfunktion ausgelöst werden. insbesondere ist der Isolationswiderstand des Sicherheitselements temperaturabhängig. Das heißt der Isolationswiderstand verändert sich mit der Temperatur des Sicherheitselements. Der Isolationswiderstand des
Sicherheitselements bezieht sich dabei auf das Sicherheitselement als bauliche Einheit unabhängig davon, wie Viele Bauteile das Sicherheitselement als Ganzes umfasst. Der Isolationswiderstand des Sicherheitselements kann sich beispielsweise durch Schmelzen einer Komponente oder Bauteils und/oder durch temperaturabhängige Veränderungen der Materialeigenschaften (wie Änderung der elektrischen Leitfähigkeit beziehungsweise des elektrischen Widerstands) einzelner Bauteile des Sicherheitselements ändern.
Eine erster Schwellenwert des Isolationswiderstands (Riso), bei welchem das Sicherheitselement elektrisch leitfähig im Sinne der Erfindung gilt kann beispielsweise bei 500kΩ liegen. Ferner kann ein zweiter Schwellenwert beispielsweise bei 100 kΩ.
Vorzugsweise ist die Grenztemperatur derart bemessen, dass es auch bei Erreichen oder Überschreiten der Grenztemperatur nicht zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Steckverbinders kommt, sondern dieser intakt bleibt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Grenztemperatur nur in einer heißesten Zone des Steckverbinders auftritt, in welcher das Sicherheitselement zumindest teilweise angeordnet ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement eine Sekundärverriegelung ist, die vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen erstes Steckverbindungselement und ein zweites Steckverbindungselement eines Steckverbinders miteinander zu verriegeln. Hierdurch wird definiert, dass es sich bei dem Sicherheitselement um eine sekundäre Verriegelung handelt, die dazu ausgebildet ist, einen Steckverbinder sekundär zu verriegeln, also eine zusätzliche Verriegelung zu einer Primärverriegelung eines Steckverbinders bereitzustellen.
Bei der Sekundärverriegelung kann es sich um ein von dem ersten Steckverbindungselement und dem zweiten Steckverbindungselement separates Bauteil handeln, das unabhängig von dem ersten Steckverbindungselement und dem zweiten Steckverbindungselement des Steckverbinders ausgebildet ist, Hierdurch kann die Sekundärverriegelung einfach ausgetauscht werden, was beispielsweise nach dem Überschreiten der Grenztemperatur erforderlich sein kann, ln Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Grenztemperatur in einem Bereich von 200°C bis 250°C liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 210°C bis 240°C, ferner vorzugsweise in einem Bereich von 220°C bis 230°C liegt. Hierdurch wird erreicht, dass die Grenztemperatur, welche vorzugsweise nur in der heißesten Zone des Steckverbinders vorliegt, in einem Temperaturbereich liegt, in dem verhindert wird, dass es zu einer Schädigung des Steckverbinders kommt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement aus einem Polymer ausgebildet ist, das oberhalb der Grenztemperatur elektrisch leitfähig ist. Hierdurch wird ein Sicherheitselement angegeben, dass aufgrund seiner Materialeigenschaften oberhalb der Grenztemperatur elektrisch leitfähig ist,
In Weiterbildung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement einen Grundkörper umfasst, der aus einem Polymer hergestellt ist, das eine Schmelztemperatur aulweist, die der Grenztemperatur entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass der Grundkörper beim Erreichen der Grenztemperatur schmilzt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Grundkörper des Sicherheitselements aus einem Polymer ausgebildet ist, das oberhalb der Grenztemperatur elektrisch leitfähig ist. Weiterhin ist in Weiterbildung des Sicherheitselements vorgesehen, dass der Grundkörper zumindest eine Bohrung umfasst, wobei die zumindest eine Bohrung zumindest ein elektrisch leitfähiges Element aufnimmt.
Insbesondere ist das Sicherheitselement derart ausgebildet, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur, das Polymer, aus welchem der Grundkörper ausgebildet ist, schmilzt und das zumindest eine elektrisch leitfähige Element freiliegt, sodass das Sicherheitselement die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass ein elektrischer Kontakt durch das elektrisch leitfähige Element des Sicherheitselements herstellbar ist, sodass das Sicherheitselement die elektrisch leitende Wirkung aufweist. Dadurch wird nach einem einmaligen Überschreiten der Grenztemperatur das Sicherheitselement dauerhaft leitfähig. Ist ein solches dauerhaft leitfähig gewordenes Sicherheitselement in einen Steckverbinder eingebaut, ist die Sicherheitsfunktion so lange ausgelöst bis das Sicherheitselement ausgewechselt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das zumindest eine elektrisch leitfähige Element aus einem leitfähigen Polymer oder einem Metall ausgebildet sein.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Grundkörper zwei Bohrungen ausgebildet. In jeder Bohrung ist vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Element angeordnet.
In Weiterbildung der Erfindung kann es sich bei dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Element um einen Stift handeln. in weiterer Ausgestaltung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement ein Element aus bimetallischem Material umfasst, welches ausgebildet ist, temperaturabhängig den elektrischen Widerstand und/oder die Form derart zu verändert, sodass dieses unterhalb einer Grenztemperatur eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist und oberhalb der Grenztemperatur eine elektrisch leitende Wirkung aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung kann es sich dabei um ein reversibles Sicherheitselement handeln, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur elektrisch leitfähig ist und bei erneutem Unterschreiten der Grenztemperatur elektrisch isolierend ist.
Weiterhin kann es sich hierbei um ein wiederverwendbares Sicherheitselement handeln, das ein mehrfaches Überschreiten und/oder Unterschreiten der
Grenztemperatur erlaubt.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Sicherheitselement ein Element aus einer Formgedächtnislegierung aufweist, das oberhalb der Grenztemperatur seine Form ändert, sodass das Sicherheitselement die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur aufweist Hierdurch wird eine weitere alternative Ausführungsform angegeben, die auf einer Formänderung des Sicherheitselements beruht. Hierdurch kann auch in Überkopflage oder in anderen Fällen, in denen die Funktion eines Sicherheitselements gegebenenfalls eingeschränkt sein könnte,zuverlässig eine elektrisch leitende Wirkung hergestellt werden.
In Weiterbildung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement ein Formgedächtniselement ist, das vorzugsweise ein 3D-
Druckelement ist, das derart ausgebildet ist, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur seine Form ändert, sodass das Sicherheitselement die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur aulweist. Hierdurch lassen sich Formen realisieren, die durch andere Fertigungsverfahren nicht realisierbar sind. Ferner kann, wie vorstehend beschrieben, durch die Möglichkeit der Formänderung auch in Überkopflage oder in anderen Fällen, in denen die Funktion eines Sicherheitselements gegebenenfalls eingeschränkt sein könnte, zuverlässig eine elektrisch leitende Wirkung hergestellt werden.
In Weiterbildung des Steckverbinders ist vorgesehen, dass der Steckverbinder ein HV-
Steckverbinder (Hochvolt-Steckverbinder) ist. „Hochvolt“ im Sinne der Erfindung, bezieht sich dabei auf Wechselspannungen (AC) von 30 V bis 1 kV oder auf Gleichspannungen (DC) von 60 V bis 1 ,5 kV. Hierdurch wird ein Steckverbinder angegeben, der den Erfordernissen moderner Fahrzeugsysteme wie beispielsweise batterieelektrischer Fahrzeugen (BEV) oder Plug-in-Hybrid Fahrzeugen (PHEV) genügt.
Außerdem ist in einerweiteren Ausgestaltung des Streckverbinders vorgesehen, dass der Steckverbinder ein erstes Steckverbindungselement und ein zweites Steckverbindungselement aufweist.
Weiterhin kann das Sicherheitselement als Sekundärverriegelung ausgebildet sein, um das erste Steckverbindungselement und das zweite Steckverbindungseiement miteinander zu verriegeln.
Vorzugsweise weist der Steckverbinder neben dem als Sekundärverriegelung ausgebildeten Sicherheitselement auch eine Primärverriegelung auf.
In Weiterbildung des Steckverbinders ist vorgesehen, dass in einem sekundärverriegelten Zustand des Steckverbinders das Sicherheitselement in der heißesten Zone des Steckverbinders angeordnet ist und oberhalb der Grenztemperatur eine elektrisch leitende Wirkung aufweist, sodass es oberhalb der Grenztemperatur zu einer geplanten Fehlfunktion des Steckverbinders kommt.
Ergänzend zu den oben beschriebene beschriebenen Umweltparametern der Temperatur kann es auch vorgesehen, sein, dass ein zweiter Umweltparameter wie beispielsweise die Luftfeuchtigkeit die elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise dem elektrischen Widerstand des Sicherheitselements beeinflussen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements einer ersten Ausführungsform,
Figur 2: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Sicherheitselements einer zweiten Ausführungsform,
Figur 3: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Sicherheitselements einer dritten Ausführungsform, Figur 4: eine schematische persepektivische Schnittdarstellung eines zweiten Steckverbindungselements und eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements der zweiten Ausführungsform,
Figur 5: eine schematische Teilschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Steckverbinders mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitselements der zweiten Ausführungsform, und
Figur 6: eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Steckverbinders mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitselements der zweiten Ausführungsform,
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements 10 einer ersten Ausführungsform, Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 10 handelt es sich um ein Sicherheitselement 10 für einen elektrischen Steckverbinder 100. Das Sicherheitselement 10 ist derart ausgebildet, dass dieses unterhalb einer Grenztemperatur TGrenz eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist. Das Sicherheitselement 10 ist ferner derart ausgebildet, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur TGrenz eine elektrisch leitende Wirkung aufweist. Ein Teil des Sicherheitselements 10 ist dabei vorzugsweise in einem in den elektrischen Steckverbinder eingebauten Zustand in einer heißeste Zone H des elektrischen Steckverbinders 100 angeordnet.
Das Sicherhettselement 10 gemäß Figur 1 ist eine Sekundärverriegelung. Eine solche Sekundärverrieglung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, ein erstes Steckverbindungselement 110 und ein zweites Steckverbindungselement 120 des Steckverbinders 100 miteinander zu verriegeln.
Die Grenztemperatur TGrenz liegt vorzugsweise in einem Bereich von 200°C bis 250°C, ferner vorzugsweise in einem Bereich von 210°C bis 240°C, insbesondere in einem Bereich von 220°C bis 230°C.
Das Sicherheitselement 10 gemäß Figur 1 weist einen Grundkörpers 10' auf, der aus einem Polymer ausgebildet ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Polymer oberhalb der Grenztemperatur TGrenz elektrisch leitfähig ist.
Alternativ kann das Sicherheitselement 10 einen Grundkörper 10' umfassen, der aus einem Polymer hergestellt ist, dass eine Schmelztemperatur aufweist, die der Grenztemperatur TGrenz entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass der Grundkörper bei Überschreiten der Grenztemperatur schmilzt und leitfähige Elemente des Sicherheitselements freiliegen, sodass das hierdurch ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.
Wie in Figur 1 zu erkennen weist das Sicherheitselement 10 zwei Stege 16 auf, die zur Verriegelung des ersten Steckverbindungselements 110 und des zweiten Steckverbindungselements 120 des Steckverbinders 100 dienen. Ein distales Ende 16E der Stege 16 erstreckt sich dabei derart, dass diese in der heißeste Zone H des elektrischen Steckverbinders 100 angeordnet sind.
Ferner weist das Sicherheitselement 10 zumindest ein Führungselement 18 auf, das zur Führung und zur ordnungsgemäßen Positionierung des Sicherheitselements 10 in dem Steckverbinder 100 beziehungsweise in dem ersten Steckverbindungselement 110 und dem zweiten Steckverbindungselement 120 des Steckverbinders 100 dient.
Weiterhin weist das Sicherheitselement 10 zumindest eine Rastfläche auf, die dazu dient, dass Sicherelement in dem Steckverbinder 100 beziehungsweise in dem ersten Steckverbindungselement 110 und dem zweiten Steckverbindungseiement 120 des Steckverbinders 100 zu verrasten.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements 10 einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform beruht dabei auf dem Sicherheitselement 10 der ersten Ausführungsform, wobei nachfolgend lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform des Sicherheitselements 10 ergänzend beschrieben sind.
Der Grundkörper 10' umfasst zumindest eine Bohrung 12. Im Allgemeinen Fall nimmt, die Bohrung 12 ein elektrisch leitfähiges Element 14 auf. Das Sicherheitselement 10 ist derart ausgebildet, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur TGrenz, das Polymer, aus welchem der Grundkörper 10‘ ausgebildet ist, schmilzt und das zumindest eine elektrisch leitfähige Element 14 freiliegt, sodass das Sicherheitselement 10 die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur TGrenz aufweist.
Vorzugsweise ist das leitfähige Element als Stift 14 ausgebildet und es nimmt, wie in Figur 2 gezeigt jede Bohrung 12 einen Stift 14 auf, der aus einem leitfähigen Polymer oder einem Metall ausgebiidet ist Das Sicherheitselement 10 ist derart ausgebildet, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur TGrenz, das Polymer, aus welchem der Grundkörper 10‘ ausgebiidet ist, schmilzt und der zumindest eine Stift 14, insbesondere die distalen Enden 14e des Stifts 14 freiliegen, sodass das Sicherheitselement 10 die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der
Grenztemperatur TGrenz aufweist.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich sind zwei Bohrungen 12 ausgebildet und in jeder der zwei Bohrungen 12 ist jeweils ein Stift 14 angeordnet. Das distale Ende 14E des Stifts ist in der heißeste Zone H des elektrischen Steckverbinders 100 angeordnet. Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist jeder Stift 14 in die jeweilige Bohrung des Grundkörpers 10‘ eingepresst.
Gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sind zwei Bohrungen 12 in dem Grundkörper 10' ausgebildet und in jeder der Bohrungen 12 ist jeweils ein elektrisch leitendes Element, vorzugsweise ein Stift 14 ausgebildet.
Die Bohrungen 12 sind dabei jeweils in den Stegen 16 ausgebildet, die zur Verriegelung des ersten Steckverbindungselements 110 und des zweiten Steckverbindungselements 120 des Steckverbinders 100 dienen.
Vorzugsweise ist die zumindest Bohrung 12 als Sackloch oder als Sacklochbohrung ausgebildet, sodass diese lediglich zu einer Seite offen ist, sodass durch die Öffnung das zumindest eine elektrisch leitende Element 14 eingepresst werden kann. Im eingepressten Zustand ist das elektrisch leitende Element 14 von einer gleichmäßig dicken Materialschicht des Grundkörpers 10‘ umgeben und lediglich die Öffnung, durch welche das leitende Element 14 eingepresst wurde, verbleibt offen.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements 10 einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform beruht dabei auf dem Sicherheitselement 10 der zweiten Ausführungsform, wobei nachfolgend lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform des Sicherheitselements 10 ergänzend beschrieben sind.
Abweichend von der zweiten Ausführungsform ist in der dritten Ausführungsform lediglich ein einzelnes elektrisch leitfähiges Element 14 ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Element 14 ist dabei derart ausgebildet, dass dieses mehrere distale Enden 14E aufweist, wobei jedes distale Ende 14E einer Bohrung 12 zugeordnet ist. Somit greift das elektrisch leitfähiges Element 14 in alle Bohrungen 12 ein. Bei einem Überschreiten der Grenztemperatur TGrenz, schmilzt das Polymer, aus welchem der Grundkörper 10‘ ausgebildet ist und das elektrisch leitfähige Element 14, insbesondere die distalen Enden 14e des elektrisch leitfähigen Elements 14 liegen frei, sodass das Sicherheitselement 10 die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur TGrenz aufweist. Im Fall des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Figur3 kann es beispielsweise zu einem Kurzschluss kommen,
Figur 4 zeigt eine schematische persepektivische Schnittdarstellung eines zweiten Steckverbindungselements 120 und eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements 10 der zweiten Ausführungsform. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Sicherheitselement 10 einer anderen Ausführungsform zum Einsatz kommt.
Das zweite Steckverbindungselement 120 des Steckverbinders 100 weist dabei zwei elektrische Kontaktpartner 122, 124 auf. Im Bereich dieser elektrischen Kontaktpartner 122, 124 befindet sich die heißeste Zone H des elektrischen Steckverbinders 100. Jedem dieser elektrischen Kontaktpartner 122, 124 ist ein Steg 18 des Sicherheitselements 10 zugeornet. Kommt es an einem der elektrischen Kontaktpartner 122, 124 zu einer unzulässig hohen Temperatur in Form einer Überschreitung der Grenztemperatur TGrenz, so schmilzt das Polymer des jeweiligen Stegs 16 und es kommt zu einem elektrischen Kontakt, Dies wird dadruch erreicht, dass der Stift 14 mit dem elektrische Kontaktpartner 122, 124 des zweiten Steckverbindungselement 120 in elektrischen Kontakt kommt. Hierdurch wird eine messbare Fehlfunktion ausgelöst, welche erfassbar ist, sodass festgestellt werden kann, dass die Grenztemperatur TGrenz im Steckverbinder 100 überschritten wurde.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Steckverbinder gemäß Figur 4 bis 6 um einen Hochvolt-Steckverbinder (HV-Steckverbinder).
Figur 5 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Steckverbinders 100 mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 10 der zweiten Ausführungsform. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Sicherheitselement 10 einer anderen Ausführungsform zum Einsatz kommt.
Der Steckverbinder 100 weist ein erstes Steckverbindungselement 110 und das bereits mit Hinblick auf Figur 4 beschriebene zweite Steckverbindungselement 120 auf. Das Sicherheitselement 100 ist als Sekundärverriegelung ausgebildet, um das erste Steckverbindungselement 110 und das zweite Steckverbindungselement 120 miteinander zu verriegeln,
Figur 5 zeigt den Steckverbinder 100 in einem sekundärvernegelten Zustand. Das als Sekundärverriegelung ausgebifdete Sicherheitselement 10 ist dabei zur Verriegelung des ersten Steckverbindungselements 110 und des zweiten Steckverbindungselements 120 als Zwischenelement zwischen dem ersten Steckverbindungselement 110 und dem zweiten Steckverbindungselement 120 angeordnet.
Das Sicherheitselement 10 ist dabei wie oben mit Bezug auf Figur 4 beschrieben in der heißesten Zone H des Steckverbinders 100 angeordnet und weist oberhalb der Grenztemperatur TGrenz eine elektrisch leitende Wirkung aufweist, sodass es oberhalb der Grenztemperatur TGrenz zu einer geplanten Fehlfunktion des Steckverbinders 100 kommt.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, weist das Sicherheitselement 10 das Führungselement 18 auf. Dieses Führungselement 18 ist, wie in Figur 5 gut zu erkennen, als Führungsnut ausgebildet. Die Führungsnut kann wie in Figur 5 dargestellt einen T-förmigen Querschnitt haben.
Wie in der Figur 5 ebenfalls gut zu erkennen ist, weist das zweite Steckverbindungselement 120 ein Gegenführungselement 128 auf. Dieses Gegenführungselement 128 ist wie in Figur 5 gut zu erkennen als Führungssteg ausgebildet. Der Führungssteg kann wie in Figur 5 dargestellt einen T-förmigen Querschnitt haben.
Weiterhin sind Führungselement 18 und Gegenführungselement 128 derart ausgebildet, dass das Sicherheitselement 10 gegenüber dem zweiten Steckverbindungselement 120 durch Führungselement 18 und Gegenführungselement 128 geführt wird.
Figur 6 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Steckverbinders, der bereits in Figur 5 gezeigt ist, mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitselements der zweiten Ausführungsform. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Sicherheitselement 10 einer anderen Ausführungsform zum Einsatz kommt.
Bezugszeichenliste
10 Sicherheitselement
10‘ Grundkörper
12 Bohrung
14 Stift
14E distales Ende des Stifts 14
16 Steg
16E distales Ende des Stegs
18 Führungselement
100 Steckverbinder
110 erstes Steckverbindungselement
120 zweites Steckverbindungselement
122 elektrischer Kontaktpartner
124 elektrischer Kontaktpartner
128 Gegenführungselement
F Einpresskraft
H heißeste Zone TGrenz Grenztemperatur

Claims

Patentansprüche
1. Sicherheitselement (10) für einen elektrischen Steckverbinder (100), wobei das Sicherheitselement (10) derart ausgebildet ist, dass dieses unterhalb einer Grenztemperatur (Tcrenz) eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist, und wobei das Sicherheitselement (10) derart ausgebildet ist, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch leitende Wirkung aufweist.
2. Sicherheitselement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) eine Sekundärverriegelung ist, die vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen erstes Steckverbindungselement (110) und ein zweites Steckverbindungselement (120) des Steckverbinders (100) miteinander zu verriegeln.
3. Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur (TGrenz) in einem Bereich von 200°C bis 250°C liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 210°C bis 240°C, ferner vorzugsweise in einem Bereich von 220°C bis 230°C liegt.
4. Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) aus einem Polymer ausgebildet ist, das oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) elektrisch leitfähig ist.
5, Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) einen Grundkörper (10‘) umfasst, der aus einem Polymer hergestellt ist, dass eine Schmelztemperatur aufweist, die der Grenztemperatur (TGrenz) entspricht.
6. Sicherheitselement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10‘) zumindest eine Bohrung (12) umfasst, wobei die zumindest eine Bohrung (12) zumindest ein elektrisch leitfähiges Element (14) aufnimmt, das vorzugsweise aus einem leitfähigen Polymer odereinem Metall ausgebildet ist, sodass das Sicherheitselement (10) derart ausgebildet ist, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur (TGrenz), das Polymer, aus welchem der Grundkörper (10‘) ausgebildet ist schmilzt und das zumindest eine elektrisch leitfähige Element (14) freiliegt, sodass das Sicherheitselement (10) die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur (TGrenz) aufweist.
7. Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) ein Element aus einem bimetallischen Material umfasst, welches derart ausgebildet ist, temperaturabhängig den elektrischen Widerstand derart zu verändert, dass dieses unterhalb einer Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist und oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch leitende Wirkung aufweist.
8, Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) ein Element aus einer Formgedächtnislegierung aufweist, das oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) seine Form ändert, sodass das Sicherheitselement (10) die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur (TGrenz) aufweist.
9. Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (10) ein 3D-Druckelement ist, dass derart ausgebildet ist, dass dieses oberhalb der Grenztemperatur (Torenz) seine Form ändert, sodass das Sicherheitselement (10) die elektrisch leitende Wirkung bei Überschreiten der Grenztemperatur (TGrenz) aufweist.
10. Steckverbinder (100), umfassend ein Sicherheitselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Steckverbinder (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (100) ein HV-Steckverbinder ist.
12. Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (100) ein erstes Steckverbindungselement (110) und ein zweites Steckverbindungselement (120) aufweist und das Sicherheitselement (100) als Sekundärverriegelung ausgebildet ist um das erste Steckverbindungselement (110) und das zweite Steckverbindungselement (120) miteinander zu verriegeln.
13. Steckverbinder (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sekundärverriegelten Zustand des Steckverbinders (100) das Sicherheitselement (100) in der heißesten Zone des Steckverbinders (100) angeordnet ist und oberhalb der Grenztemperatur (TGrenz) eine elektrisch leitende Wirkung aufweist, sodass es oberhalb der Grenztemperatur (Torenz) zu einer geplanten Fehlfunktion des Steckverbinders (100) kommt.
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