Kontaktträger

Die Erfindung betrifft einen Kontaktträger zur Aufnahme und Halterung wenigstens eines Steckkontaktes, an dem eine Leitung, Kabel elektrisch leitend verbindbar ist, aufweisend wenigstens eine Arretierungsvorrichtung zur Festlegung des Kontaktträgers innerhalb eines Steckverbindergehäuses. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Kontaktträgers in ein Steckverbindergehäuse sowie eine Steckverbindung mit einem Steckverbindergehäuse und einem darin aufgenommenen und festgelegten Kontaktträger.

Kontakte im Allgemeinen weisen wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontaktabschnitt zum lösbaren, temporären oder steckenden Verbinden mit einem korrespondierenden Gegenkontaktelement und einen an den Kontaktabschnitt anschließenden Schaftabschnitt zum Befestigen einer elektrischen Leitung an dem Kontakt auf. Ein solcher Kontakt, Steckkontakt, Hochstromkontakt kann an einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, beispielsweise zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, Verwendung finden. In diesem Fall ist ein Kabel einerseits an eine Ladestation angeschlossen und trägt andererseits ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen. Andere Verwendungsmöglichkeiten von Hochstromkontakten ergeben sich bei einer Vielzahl von weiteren Hochstromanwendungen wie beispielsweise zum Betrieb eines Hochstrom- Haushaltsgerätes oder zur Energieversorgung eines Schweißgerätes, Kompressors, Durchlauferhitzers etc..

Versorgungs- und Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme und Hochstrombereiche in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 300 A oder gar 350 A aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Hochstromkontaktes führen können.

Bei Ladevorgängen von elektrischen Energiespeichern, Akkumulatoren und der Energieversorgung im hohen Leistungsbereich entsteht Wärme infolge der hohen übertragenen elektrischen Leistungen, elektrischen Strömen sowohl an den Kabeln als auch den Hochstromkontakten. Solche Hochstromkontakte und Hochstromkabel, die aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff gefertigt sind, erwärmen sich, wenn die elektrische Energie über die Kontakte, Steckkontakte, Hochstromkontakte fließt, wobei grundsätzlich die Kontakte in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Ladestroms so zu dimensionieren sind, dass die Kontakte eine hinreichende Stromtragfähigkeit aufweisen und eine Erwärmung an den Kontaktelementen begrenzt ist. Hierbei gilt, dass ein Kontakt und das jeweils stromführende Kabel umso größer zu dimensionieren sind, je größer der zu übertragende Ladestrom ist.

Einer Skalierung der Kontaktelementgröße mit steigendem Ladestrom sind jedoch aufgrund des damit einhergehenden Bauraumbedarfs, des Gewichts und der Kosten Grenzen gesetzt. Es besteht daher ein Bedürfnis, elektrische Leistungen generell und insbesondere Leistungsüberrägungen mit großen Ladeströmen mit vergleichsweise klein dimensionierten Kontakten zu übertragen.

Neben der Bestrebung klein dimensionierter Elemente für die Übertragung elektrischer Energie sind auch die Querschnitte der mit den Kontaktelementen verbundenen Leitungen von erheblichem Einfluss auf die Gestaltung von Kontakten, Kontaktsteckern und Steckverbindungen. Bei Hochstromkontakten kann es erforderlich sein, dass die Verbindung der Leitungen, Zuleitung und der Kontakte, Kontaktelemente durch Verschweißen hergestellt werden. Diese Verbindungsmethode sorgt für eine innige stoffschlüssige Verbindung und ist geeignet, auch hohe Leistungsströme mit reduziertem Widerstand zu übertragen. Auch bei höheren mechanischen Belastungen hat sich diese Verbindungsmethode als zuverlässig erwiesen.

Nachteilig ist vor allem und bei dem im höheren Leistungsbereich vorhandenen größeren Leitungsquerschnitt die erhebliche Biege- und Verformungssteifigkeit, welche die Montage der Steckverbindungselemente wie Steckverbindergehäuse, Steckmodule erschwert. Ebenfalls problematisch für die Montageeigenschaften ist, dass die Verschweißung von Kontakt und Leitung vor der Montage der Steckverbindung erfolgen muss.

Die WO 2016/135230 A1 zeigt einen Hochvolt-Kabelsatz, ausgebildet als Steckverbindung mit einem Kontaktträger in Form eines Anschlussstückes und einer Schirmung, die in einer Kontaktmanschette aufgenommen sind. In der DE 102016 105 504 A1 wird ein montageoptimierter elektrischer Steckverbinder beschrieben, der einen Stecker mit einem aus Kunststoff gefertigten Steckergehäuse aufweist, in dem wenigstens eine Kontaktkammer ausgeformt ist. Der elektrische Steckverbinder verfügt über wenigstens ein elektrisches Kontaktteil zum Anordnen der wenigstens einen Kontaktkammer, wobei das Kontaktteil einen Verriegelungsbolzen zum lösbaren Befestigen eines Einsteckkontakts an dem Kontaktteil aufweist. Das Kontaktteil weist eine hohe Stromtragfähigkeit von bis zu 180 Ampere bei 85°C auf. Unter “Hochvolt“ kann in diesem Zusammenhang eine elektrische Spannung verstanden werden, die mindestens etwa 48 Volt, vorzugsweise jedoch 60 Volt oder mehr, weiter vorzugsweise 400 Volt bis hin zu etwa 650 Volt bis 1.000 Volt beträgt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufbau eines wenigstens einpoligen Steckverbindersteckers weiterzubilden, sodass die Montage hinsichtlich Aufwand und/oder Positionierungsgenauigkeit der Steckverbinderelemente verbessert und die Nachteile bekannter Lösungen zumindest teilweise verringert werden.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung einen Kontaktträger vor, der sowohl wenigstens einen Steckkontakt, Einsteckkontakt, Steckkontaktpin, Kontaktteil, Kontakt mit einer daran festgelegten Leitung, Stromkabel haltert, aufnimmt als auch in einem Steckverbindergehäuse, Steckergehäuse festlegbar ist.

Die Erfindung erkennt, dass die Montage in besonders einfacher und zuverlässiger Weise erfolgen kann dadurch, dass zunächst eine Baueinheit gebildet wird, bestehend aus dem wenigstens einen Steckkontakt, Einsteckkontakt, Steckkontaktpin, Kontaktteil, Kontakt mit der jeweils daran festgelegten Leitung, Stromkabel und dem Kontaktträger. Anschließend wird diese Baueinheit in das Steckverbindergehäuse, Steckergehäuse eingebracht und über die vorgesehene Arretierungsvorrichtung positionsrichtig innerhalb des Gehäuses festgelegt. Die Arretierungsvorrichtung ist beispielsweise durch einen oder mehrere Hintergriffe, Eingriffe und/oder Schnapphaken gebildet, die eine völlig werkzeuglose Montage unterstützen und durch eine sich wenigstens an zwei Punkten abstützende Gestaltung die Arretierungszuverlässigkeit erhöht. Dadurch, dass die Montagebewegung erfindungsgemäß entgegen der Steckverbindungsbewegung vorgesehen ist, erhöhen sich Einfachheit und Zuverlässigkeit der Montage nochmals. Praktisch bedeutet dies, dass der Kontaktträger mit dem wenigstens einen Steckkontakt und der optional daran befestigen Leitung quasi zurückgezogen und hineingezogen wird in das Steckergehäuse bis zur Festlegung durch die Arretierungsvorrichtung.

Die Montagebewegung der Baueinheit gebildet aus dem wenigstens einen Steckkontakt, Einsteckkontakt, Steckkontaktpin, Kontaktteil, Kontakt mit der jeweils daran festgelegten Leitung, Stromkabel und dem Kontaktträger entgegen der Steckverbindungsbewegung kann in axialer Richtung der Steckverbindung begrenzt werden. Die erfolgt durch einen mechanischen Anschlag innerhalb des Steckergehäuses, der in seiner Lage mit der Arretierungsvorrichtung zusammenwirkt, sodass die Montagebewegung derart begrenzt ist, dass die Arretierungslage zuverlässig und definiert erreicht und eingenommen wird.

Einen weiteren, sehr wichtigen Sicherheitsaspekt betrifft die korrekte und absolut zuverlässige Festlegung des Kontaktträgers mit dem oder den Steckkontakten innerhalb des Steckergehäuses. Diesen Aspekt realisiert die Erfindung durch eine optische Arretierungskontrolle. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine optische Zugänglichkeit der Arretierungsvorrichtung bereitzustellen, sodass visuell kontrolliert werden kann, ob die Festlegung des Kontaktträgers mit dem oder den Steckkontakten innerhalb des Steckergehäuses durch die Arretierung sichergestellt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Steckverbindung mit

Steckverbindergehäuse und Außengehäuse sowie dem aus dem Steckverbindergehäuse herausragenden wenigstens einen Steckkontakt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf eine Steckverbindung mit

Steckverbindergehäuse und Außengehäuse sowie der aus dem Steckverbindergehäuse herausragenden Aufnahme für wenigstens eine Leitung, Stromkabel; Fig. 3 die dreidimensionale Ansicht auf den Kontaktträger in einer zweigeteilten Form mit Arretierungsvorrichtung und visuellem Zugang;

Fig. 4 in perspektivischer Explosionsdarstellung die Steckverbindung mit

Steckverbindergehäuse und Außengehäuse sowie dem Kontaktträger in zweigeteilter Ausführung mit dem wenigstens einen Steckkontakt;

Fig, 5 eine perspektivische Ansicht auf ein Steckverbindergehäuse mit Aussparung für die Arretierungsvorrichtung und Kontaktträgerführung;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht auf den Kontaktträger mit Arretierungsvorrichtung;

Fig. 7 die Schnitt-Seitenansicht des Steckverbindergehäuses mit Außengehäuse.

Figur 1 zeigt die perspektivische Ansicht auf eine Steckverbindung 100 mit Steckverbindergehäuse 110 und Außengehäuse 120 sowie dem aus dem Steckverbindergehäuse 110 herausragenden, wenigstens einen Steckkontakt 20. Der Kontaktträger 1 ist im Innern des Steckverbindergehäuses 110 aufgenommen und durch die Arretierungsvorrichtung 10 festgelegt. Durch den visuellen, optischen Zugang 2 kann kontrolliert werden, ob die Arretierungsvorrichtung 10 korrekt in ihrer Arretierposition ist, d. h. die Halterungsfunktion, Positionierungsfunktion zuverlässig erfüllt. Im Ausführungsbeispiel, wie gezeigt, sind drei Steckkontakte 20 sowie zwei visuelle, optische Zugänge 2 vorgesehen. Diese Ausbildung der Erfindung ist beispielhaft, andere Anzahlen und Kombinationen sind gleichfalls möglich und von der Erfindung unterstützt.

Das Steckverbindergehäuse, Steckergehäuse 110 kann aus unterschiedlichen Werkstoffen mit den jeweils spezifischen Werkstoffeigenschaften wie beispielsweise Festigkeit, Verformungsfähigkeit, Isolationswirkung gegenüber elektrischen Strömen gebildet sein. Ein möglicher Werkstoff kann ein Gußmaterial sein. Wird ein metallischer Basiswerkstoff mit stromleitenden Eigenschaften verwendet, wird der Kontaktträger 1 aus einem elektrischen Nichtleitermaterial hergestellt, beispielsweise Kunststoff. Das Steckverbindergehäuse, Steckergehäuse 110 kann im Druckguss- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden. Besonders geeignete Werkstoffe in diesem Zusammenhang sind Aluminium, Kunststoff, zinkbasiertes Material, Magnesium, eisenbasierte Materialkompositionen. Der wenigsten eine Steckkontakt, Einsteckkontakt 20 mit der angeschlagenen Leitung 30 (nicht dargestellt) ist gehaltert von dem Kontaktträger 1 im Innern des Steckverbindergehäuses 110 und wird umfasst von einer Kontakthülse 21, welche optional, aber nicht zwingend mit einer oder mehreren Zinnen 22 gestaltet sein kann. Zum Schutz eines Benutzers vor Stromschlägen kann endseitig des Steckkontaktes 20 eine Berührungsschutzkappe 23 vorgesehen werden.

Figur 2 umfasst eine perspektivische Ansicht auf eine Steckverbindung 100 mit Steckverbindergehäuse 110 und Außengehäuse 120 sowie der aus dem Steckverbindergehäuse 110 herausragenden Aufnahme für wenigstens eine Leitung, Stromkabel 30. Das Außengehäuse 120 ist funktional zur bereichsweisen Einhausung des Steckverbindergehäuses 110 und Elementen zur Kopplung mit dem Gegenstecker ausgebildet. Die Kopplungselemente verhindern das Lösen des Steckverbindergehäuses 110 gesteckt mit einem Gegenstecker durch eine Sekundärverriegelung 113, hier exemplarisch dargestellt durch eine Schraube.

Figur 3 illustriert in dreidimensionaler Ansicht den Kontaktträger 1 in einer zweigeteilten Form 1.1, 1.2 mit Arretierungsvorrichtung 10 und visuellem Zugang 2. Für die Erläuterung der Erfindung ist der Kontaktträger 1 als exemplarisches Beispiel zur Aufnahme, Halterung von drei Steckkontakten 20 ausgebildet. Von der Erfindung werden auch davon abweichende Anzahlen von Steckkontakten 20 unterstützt. Möglich und in diesem Ausführungsbeispiel umgesetzt ist eine nichtparallele Lage der Steckkontakte 20 dadurch, dass radial zur Steckrichtung die den Steckkontakt 20 umfassende mittlere Steckkontakthülse 21 gegenüber den beiden Äußeren versetzt ist.

Es ist möglich, den Kontaktträger 1 einteilig oder beliebig vielteilig auszuführen, hier gezeigt ist ein zweiteiliges Konzept. Der Kontaktträger 1 in Figur 3 ist durch ein erstes Kontaktträgerelement 1.1 und ein korrespondierendes zweites Kontaktträgerelement 1.2 aufgebaut, beide Elemente können über eine Verriegelung 3, 3‘ zu- und miteinander festgelegt werden. In den jeweils zwischen den Kontaktträgerelemente 1.1, 1.2 gebildeten Hohlräumen werden die Steckkontakte 20 mit den jeweils angeschlagenen Leitungen 30 (nicht dargestellt) aufgenommen und festgelegt. Die Arretierungsvorrichtung 10 ist außenseitig des ersten Kontaktträgerelementes 1.1 vorgesehen und jeweils in fluchtender Lage zum visuellen, optischen Zugang 2, wenn die Kontaktträgerelemente 1.1, 1.2 zusammengelegt sind. Eine von mehreren geeigneten Anordnungen ist die hier gewählte: Eine Arretierungsvorrichtung 10 ist im angrenzenden Bereich zweier Steckkontakt-Aufnahmekammern zueinander verortet.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Explosionsdarstellung die Steckverbindung 100 mit Steckverbindergehäuse 110 und Außengehäuse 120 sowie dem Kontaktträger 1 in zweigeteilter Ausführung 1.1, 1.2 mit dem wenigstens einen Steckkontakt 20. Der hier zweiteilige Kontaktträger 1 kann ergänzt sein durch eine Steckbrücke 4.

Figur 5 bildet eine perspektivische Ansicht auf ein Steckverbindergehäuse 110 mit Aussparung 111 für die Arretierungsvorrichtung 10 und Kontaktträgerführung 112 ab. Die hier exemplarisch verwendeten zwei Aussparungen 111 sind in ihrer Lage und Gestaltung korrespondierend zu der Arretierungsvorrichtung 10 gestaltet, sodass in der Arretierungsposition des Kontaktträgers 1 die Festlegung, Halterung des Kontaktträgers 1 innerhalb des Steckverbindergehäuses 110 erfolgt. In die Aussparung 111, die als Hintergriff, Eingriff, Schnapphakenöffnung konzipiert ist, greift in der Arretierungsposition die Arretierungsvorrichtung 10 mit einem korrespondierenden Schnapphaken 11 ein und legt auf diese Weise den Kontaktträger 1 innerhalb des Steckverbindergehäuses 110 fest. Der korrekte Eingriff des Schnapphakens 11 in die Aussparung 111 wird erfindungsgemäß visuell kontrollierbar durch einen visuellen, optischen Zugang 2, welche als Öffnung in dem Kontaktträger 1 realisiert wird.

Das Steckverbindergehäuse 110 kann innenseitig eine Führung 112 für den Kontaktträger 1 aufweisen, welche den Kontaktträger 1 bei der axialen Bewegung hinein in die Arretierungsposition führt. Die axiale Bewegung, d. h. die Kontraktträger- Montagebewegungsrichtung KMB ist der Kontaktierungsbewegungsrichtung, Steckverbinder- Steckbewegungsrichtung SSB entgegengerichtet. Durch die der Steckverbinder- Steckbewegungsrichtung SSB entgegengerichteten Montagebewegung KMB des Kontaktträgers 1 ist es möglich, die Montage des Kontaktträgers 1 in das Steckverbindergehäuse 110 in besonders sicherer, einfacher und werkzeugloser Weise zu bewerkstelligen. Das gezeigte Ausführungsbeispiel des Steckverbindergehäuses 110 mit seiner Führung 112 und den diametral mit Abstand zueinander gegenüberliegenden zwei Aussparungen 111 für die Schnapphaken 11 der Arretierungsvorrichtungen 10 resultiert in einer Dreipunktauflage mit einer besonders stabilen und sicheren Halterung des Kontaktträgers 1 in dem Steckverbindergehäuse 110

Figur 6 zeigt in der oberen Darstellung eine perspektivische Ansicht auf den Kontaktträger 1 , 1.1 mit Arretierungsvorrichtung 10 und in der unteren Darstellung die vergrößerte Detailansicht auf Arretierungsvorrichtung 10.

Das erste Kontaktträgerelement 1.1 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Arretierungsvorrichtungen 10 in Form von Schnapphaken 11 ausgestattet. Die Arretierungsvorrichtungen 10 sind jeweils im Bereich zwischen den Steckkontakten 20 bzw. fluchtend zu den Bereichen zwischen Kontakthülsen 21 des zweiten Kontaktträgerelementes 1.2 angeordnet und zueinander beabstandet. Auf diese Weise kann die für die Stabilität der Halterung des Kontaktträgerelementes 1.1 in dem Steckverbindergehäuse 110 sehr vorteilhafte Dreipunktauflage mit zur Führung sowohl diametraler als auch beabstandeter Konstruktion der Arretierungsvorrichtungen 10 erreicht werden.

Die Arretierungsvorrichtung 10 ist für die einfache, werkzeuglose Montage des Kontaktträgers 1 in dem Steckverbindergehäuse 110 durch dessen Montagebewegungsrichtung KMB entgegen der Steckverbinder-Steckbewegungsrichtung SSB konstruiert. Vorgesehen ist ein Schnapphaken 11, der endseitig eines Schnapphakenarms 12 angeordnet ist. Die Schnapphakenkontur ist geometrisch abgestimmt auf die korrespondierende Aussparung 111 im Steckverbindergehäuse 110, sodass das Einschnappen zuverlässig und die Halterungskraft gegen axiale Kräfte in Steckverbinder-Steckbewegungsrichtung SSB wirkend auf den Kontaktträger 1 maximiert ist. Der Schnapphakenarm 12 ist in etwa doppelt so lang wie der Längserstreckungsbereich des Schnapphakens 11 und ist über einen Ausleger 12‘ an das erste Kontaktträgerelement 1.1 gekoppelt. Diese Auslegerkopplung ist für die Funktion der Arretierungsvorrichtung 10 erheblich vorteilhaft: Durch den Ausleger 12' wird der Schnapphaken 11 besonders elastisch an das Kontaktträgerelement 1.1 gekoppelt, sodass die radiale Auslenkungsbewegung des Schnapphakens 11 im rein-elastischen Bereich und ohne die unbedingt zu vermeidenden plastischen Verformungsanteile besonders gut unterstützt ist; der Ausleger 12‘ verschafft dem Schnapphaken 11 wenigstens den erforderlichen radialen Mindestabstand zur Außenwandung des Kontaktträgerelementes 1, der wenigstens der radialen Hakenhöhe des Schnapphakens 11 entsprechen muss - nur auf diese Weise kann ein Einschnappweg des Schnapphakens 11 in die Aussparung 111 des Steckverbindergehäuses 110 so groß ausgeführt werden, dass die Arretierung zuverlässig auch bei großen axial auf den Kontaktträger 1 wirkenden Kräften erfolgt; durch die bogenförmige Konstruktion des Auslegers 12‘ über den Betrag des Krümmungsradius kann das Elastizitätsverhalten der Arretierungsvorrichtung 10 gezielt eingestellt werden.

Durch die erfindungsgemäße Arretierungsvorrichtung 10 ist es möglich, die Montage und Arretierung des Kontaktträgers 1 entgegen der Steckverbinder-Steckbewegungsrichtung SSB in Kontaktträger-Montagebewegungsrichtung KMB vorzunehmen. Weiterhin kann der Montagevorgang ohne Werkzeuge, d. h. werkzeuglos erfolgen. Die Montage wird dabei durch eine Kraft-Weg-Beaufschlagung des Kontaktträgers 1 in Richtung KMB hinein in das Steckverbindergehäuse 110 realisiert.

Um die besonders funktionsrelevante Kontrolle der korrekten und zuverlässigen Halterung des Kontaktträgers 1 im Steckverbindergehäuse 110 bewerkstelligen zu können, ist wenigstens ein visueller, optischer Zugang 2 ausgebildet, über welchen das korrekte Einschnappen und der einwandfreie Sitz des Schnapphakens 11 innerhalb der Aussparung 111 optisch geprüft werden kann.

Figur 7 umfasst die Schnitt-Seitenansicht des Steckverbindergehäuses 110 mit Außengehäuse 120. Zur Darstellung der diametralen Situation von Aussparung 111 und Führung 112 zueinander ist der Schnittlinienverlauf durch das Steckverbindergehäuse 110 versetzt. Bezugszeichenliste

1 Kontaktträger

1.1 erstes Kontaktträgerelement

1.2 zweites Kontaktträgerelement

2 visueller, optischer Zugang

3, 3' Verriegelung

4 Steckbrücke

10 Arretierungsvorrichtung

11 Schnapphaken

12 Schnapphakenarm

12‘ Ausleger

20 Steckkontakt, Einsteckkontakt, Steckkontaktpin, Kontaktteil, Kontakt

21 Kontakthülse

22 Zinne

23 Berührungsschutzkappe

30 Leitung, Stromkabel

100 Steckverbindung

110 Steckverbindergehäuse, Steckergehäuse

111 Aussparung für Arretierungsvorrichtung

112 Führung für Kontaktträger

113 Sekundärverriegelung, Schraube

120 Außengehäuse

KMB Kontaktträger-Montagebewegungsrichtung

SSB Steckverbinder-Steckbewegungsrichtung