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Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Steckverbindung bestehend aus zumindest zwei miteinander verbundenen und jeweils zumindest ein Kontaktelement aufweisenden Steckteilen zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, bei welcher die beiden Steckteile in einer Steckposition mechanisch miteinander verbunden und die Kontaktelemente elektrisch kontaktiert sind, wobei den Steckteilen jeweils ein Berührschutzelement zugeordnet ist, welche die Kontaktelemente der beiden Steckteile sowohl in der Steckposition als auch während eines Steckvorgangs zur Anordnung der Steckteile in der Steckposition zumindest teilweise umschließen.
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Die
DE 87 07 518 U1 beschreibt bereits eine Hochvolt-Steckverbindung bestehend aus zwei Steckteilen. Die Steckteile weisen jeweils zumindest ein Kontaktelement auf, welche in einer zusammengesteckten Steckposition der beiden Steckteile elektrisch kontaktiert sind. Die Kontaktelemente sind jeweils von einem Berührschutzelement umgeben, welche die Kontaktelemente sowohl während des Steckvorgangs zur Herstellung der Steckverbindung als auch in der sich gegenseitig kontaktierenden Steckposition berührgeschützt umschließen.
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Mit der wachsenden Bedeutung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen und neuen Komponenten sowie Wirkungszusammenhängen im elektrifizierten Antriebsstrang sehen sich Automobilhersteller und -zulieferer mit steigenden elektrischen Gefährdungen durch das Hochvolt-System im Fahrzeug konfrontiert.
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Damit Hochvolt-Fahrzeuge mit einer vom Fahrzeughalter akzeptierten Leistung angetrieben werden können, ist es erforderlich, dass die Elektromotoren mit sehr hohen Spannungen betrieben werden. Bei Systemen und Bauteilen, die in Kraftfahrzeugen oberhalb von 25 V AC bzw. 60 V DC betrieben werden, spricht man von Hochvolt(HV)-Systemen bzw. HV-Fahrzeugen. Spannungen von mehr als 25 V Wechselspannung (AC) bzw. mehr als 60 V Gleichspannung (DC) können auf den menschlichen Körper gefährliche Auswirkungen haben. Bei den aktuellen HV-Fahrzeugen liegen die Spannungen des HV-Systems zwischen 100 V und 300 V (DC). Prototypen mit mehr als 600 V (DC) sind in der Erprobung. Obwohl der Umgang mit elektrischem Strom für Kfz-Mechatroniker, aber auch für Kfz-Mechaniker und Kfz-Elektriker kein neues Thema ist, muss sich jeder Mitarbeiter, der an HV-Fahrzeugen oder sogar am HV-System selbst arbeitet, bewusst sein, dass der Kontakt mit spannungsführenden HV-Komponenten gesundheits- oder lebensgefährdende Folgen haben kann.
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Personen, die elektrotechnische Arbeiten an HV-Systemen durchführen sollen, müssen für diese Arbeiten qualifiziert sein. Der Umfang der Qualifizierung hängt u. a. vom Grad der bei den Arbeiten auftretenden elektrischen Gefährdungen und den Vorkenntnissen ab. Das Montagepersonal muss also besondere Vor- bzw. Fachkenntnisse besitzen, welche das sogenannte „Arbeiten unter Spannung” erlauben, und dabei vorgeschriebene Sicherheitsvorschriften beachten. Hierbei müssen außerdem Schutzmaßnahmen eingehalten werden, wie zum Beispiel das Tragen von Schutzhandschuhen und Schutzbrillen und das Stehen auf speziellen Isolationsmatten.
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Ein elektrisches Antriebssystem einer Antriebskonfiguration in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Maschine (Synchron- oder Asynchronmaschine) weist nachfolgend auch als Hochvoltkomponenten bezeichnete Hochvoltgeräte oder -aggregate mit Spannungen von derzeit bereits über 300 V auf. Das sich aus den Hochvoltgeräten und einer diese speisenden Hochvoltbatterie zusammensetzende Hochvoltnetz ist üblicherweise mit einem Zugangs- oder Berührungsschutz gesichert, um eine Verletzungsgefahr bei einer Berührung der die hohe Spannung führenden Hochvoltaggregate zu vermeiden.
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Hinsichtlich des Berührungsschutzes besteht die Möglichkeit, diesen mechanisch auszuführen, sodass ein Berühren von spannungsführenden Teilen mit einem Prüffinger nicht möglich ist. So können die entsprechenden Stecker-, Buchsen- oder Kontaktöffnungen, die einen Zugriff auf die spannungsführenden Teile ermöglichen, so klein ausgeführt werden, dass ein Prüffinger die spannungsführenden Teile nicht erreicht. Außerdem können die entsprechenden Stecker und Buchsen beispielsweise von Berührschutzhülsen aus Isolationsmaterial, insbesondere Kunststoff, umschlossen sein, welche die Kontaktstellen der Stecker und Buchsen sowohl während der Montage als auch im sich kontaktierenden Zustand, in welchem die Berührschutzhülsen ineinandergreifen, umschließen und dadurch eine Berührung mit dem Prüffinger verhindern. Derartige Stecker mit Berührschutzhülsen sind in der Herstellung aufwendig und dadurch sehr teuer. Außerdem benötigen derartige Berührschutzhülsen einen großen Bauraum, da die Hülsen einerseits die Kontaktstellen vollständig umschließen müssen und andererseits in der sich kontaktierenden Steckposition der Stecker bzw. Buchsen ineinandergreifend angeordnet sind.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hochvolt-Steckverbindung der eingangs genannten Art anzugeben, die auf einfache Weise einen zuverlässigen Berührungsschutz während der Erstmontage der Hochvoltkomponenten im Kraftfahrzeug ermöglicht. Dabei soll der Berührungsschutz sowohl kostengünstig herstellbar sein als auch einen geringen Bauraumbedarf haben.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Hochvolt-Steckverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Hochvolt-Steckverbindung vorgesehen, bei welcher zumindest eines der Berührschutzelemente als zur einmaligen Verwendung vorgesehenes Einmal-Berührschutzelement ausgebildet ist und durch den Steckvorgang zur Anordnung der Steckteile in der Steckposition zumindest teilweise derart irreversibel zerstörbar und/oder derart irreversibel und relativ zu dem umschlossenen Kontaktelement verlagerbar ist, dass die Kontaktelemente der beiden Steckteile in der Steckposition elektrisch kontaktiert sind. Die Steckteile sind im Neuzustand, also vor der Erstmontage der Hochvoltkomponenten im Kraftfahrzeug, berührgeschützt ausgebildet, sodass die Kontaktelemente der Hochvoltkomponenten mit einem Prüffinger nicht berührt werden können. Hierdurch werden die vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen für die die Montage durchführenden Personen eingehalten. Durch die berührsichere Ausbildung der Steckteile bzw. der Kontaktelemente ist bei der Erstmontage der Hochvoltkomponenten, beispielsweise einer Traktionsbatterie, die bei der Montage bereits Spannung führt, ein Arbeiten ohne direktes Gefahrenpotential für das Montagepersonal möglich. Durch die Reduzierung der elektrischen Gefährdung können diese Arbeiten auch von Personen durchgeführt werden, welche nicht die für das Arbeiten mit Hochvoltkomponenten erforderliche besondere Qualifizierung bzw. die besonderen Fachkenntnisse haben. Zusammenfassend ergibt sich, dass durch den erfindungsgemäßen Einmal-Berührschutz, welcher bei der Herstellung der Steckverbindung irreversibel zerstört oder verlagert wird, eine Hochvolt-Steckverbindung zur Verfügung gestellt werden kann, welche auf einfache Weise einen zuverlässigen Berührungsschutz während der Erstmontage der Hochvoltkomponenten im Kraftfahrzeug ermöglicht. Außerdem ist der Berührungsschutz aufgrund der einfachen Ausgestaltung kostengünstig herstellbar und erfordert aufgrund des unmittelbaren Umschließens der Kontaktelemente einen geringeren Bauraum als andere bekannte Lösungen zur Realisierung eines die Sicherheit von Personen gewährleistenden Berührschutzes.
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In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Einmal-Berührschutzelement als Schlauch ausgebildet ist, wobei der das Kontaktelement umschließende Schlauch während des Steckvorgangs derart verlagert wird, dass das Kontaktelement aus einer Öffnung des Schlauchs heraustritt und eine elektrische Kontaktierung der beiden Kontaktelemente ermöglicht. Der Schlauch erstreckt sich bei einem noch nicht steckverbundenen Steckteil über die gesamte Länge des betreffenden Kontaktelements, wobei der dem anderen Steckteil zugewandte Endabschnitt des von dem Einmal-Berührschutzelement umschlossenen Kontaktelements gegenüber dem zugeordneten Endabschnitt des Schlauchs zurückversetzt ist, sodass eine Kontaktierung des möglicherweise stromführenden Kontaktelements durch die Öffnung des Schlauchs hindurch mit dem Prüffinger nicht möglich ist. Der Schlauch wird durch das Zusammenstecken der beiden Steckteile zurückgeschoben, sodass das Kontaktelement in der Steckposition freiliegt und das andere Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist.
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Die Anordnung des Schlauchs auf dem Kontaktelement des Steckteils wird insbesondere dadurch erleichtert, dass der Schlauch als Schrumpfschlauch ausgebildet ist. Dabei wird zunächst ein Kunststoffschlauch über das Kontaktelement gezogen, welcher sich dann anschließend unter Einwirkung von Wärme, beispielsweise durch die Zufuhr von Heißluft, stark zusammenzieht.
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Dadurch, dass der Schlauch aus einem weichen und elastischen Kunststoff besteht, wird gewährleistet, dass der Schlauch während des Steckvorgangs prozesssicher verlagert bzw. zurückgeschoben werden kann, sodass das betreffende Kontaktelement in der Steckposition freiliegt und eine elektrische Kontaktierung mit dem Kontaktelement des anderen Steckteils ermöglicht.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Einmal-Berührschutzelement das Kontaktelement vollständig umschließt und während des Steckvorgangs derart zerstört wird, dass das Kontaktelement zumindest teilweise freigelegt ist und eine elektrische Kontaktierung mit dem anderen Kontaktelement ermöglicht wird. Die Zerstörung des Einmal-Berührschutzelements erfolgt durch den unmittelbaren Kontakt des Einmal-Berührschutzelements mit dem anderen Steckteil bzw. dem anderen Kontaktelement während der Herstellung der Hochvolt-Steckverbindung, sodass das Einmal-Berührschutzelement erst dann zerstört wird, wenn sich die beiden Steckteile in der Steckposition befinden. Hierdurch wird eine unmittelbare Gefährdung der die Steckverbindung herstellenden Person minimiert. Die Zerstörung des Einmal-Berührschutzes kann durch Brechen, Aufreißen, Aufplatzen oder ein partielles Abplatzen des Materials erfolgen.
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Die Zerstörung des Einmal-Berührschutzelements wird auch dadurch unterstützt, dass dieser aus einem spröden Kunststoff besteht. Bei Überschreiten einer definierten auf das Einmal-Berührschutzelement einwirkenden Belastung, beispielsweise verursacht durch den Kontakt mit dem anderen Kontaktelement beim Zusammenstecken der beiden Steckteile zur Herstellung der Hochvolt-Steckverbindung, bricht der spröde Kunststoff, und zwar ohne sich zuvor nennenswert elastisch zu verformen.
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Eine andere Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass beide Berührschutzelemente als Einmal-Berührschutzelement ausgebildet sind. Hierbei erfolgt die Zerstörung bzw. die Verlagerung der beiden Einmal-Berührschutzelemente dann ebenfalls beim Zusammenstecken der beiden Steckteile.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass eines der Berührschutzelemente als Einmal-Berührschutzelement und das andere Berührschutzelement als Hülse ausgebildet ist, wobei die beiden Kontaktelemente der Steckteile in der Steckposition von der Hülse umschlossen sind. Dabei wird das das Einmal-Berührschutzelement aufweisende Steckteil in die Hülse eingeführt und beim Einführen wird der Einmal-Berührschutz irreversibel zerstört oder verlagert, sodass die Kontaktelemente erst bei Erreichen der Steckposition elektrisch kontaktiert sind. In der Steckposition befinden sich beide Kontaktelemente berührgeschützt in einem von der Hülse umgebenen Raum, sodass die stromführenden Kontaktelemente nicht mit dem Prüffinger berührt werden können.
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Das Herstellen der Hochvolt-Steckverbindung bzw. die Anordnung der Steckteile in der Steckposition wird auch dadurch erleichtert, dass die Hülse zumindest eine Führungsfläche zum definierten Einführen des mit dem Einmal-Berührschutzelement versehenen Steckteils aufweist.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass das Steckteil und ein dem Steckteil benachbarter Abschnitt einer Leitung oder einer Hochvoltkomponente von einer berührschützenden Isolierung umschlossen sind, wobei das Einmal-Berührschutzelement und die Isolierung in einem Übergangsbereich überlappend angeordnet sind. Hierdurch kann eine Gefährdung der die Steckverbindung herstellenden Personen durch freiliegende und stromführende Kontakte minimiert werden. Die Isolierung besteht aus einem dauerelastischen Kunststoff und ist als dauerhafter Berührschutz ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass eine Relativbewegung der beiden in der Steckposition angeordneten Steckteile zueinander durch eine Sicherungseinrichtung blockiert ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Hochvolt-Steckverbindung nach der Zerstörung oder der Entfernung des Einmal-Berührschutzelements wieder gelöst werden kann. Es erweist sich als zweckmäßig, wenn ein Lösen der Steckverbindung ausschließlich mit einem dafür vorgesehenen Spezialwerkzeug möglich ist. Die Sicherungseinrichtung kann beispielsweise als Verrastung ausgebildet sein.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese zeigt in
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1 eine Hochvolt-Steckverbindung mit zwei in einer Steckposition angeordneten Steckteilen in einer zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht;
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2 die beiden in 1 dargestellten Steckteile der Hochvolt-Steckverbindung vor der Anordnung in der Steckposition;
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3 eine Ansicht gemäß der Linie III-III in 2;
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4 eine Ansicht gemäß der Linie IV-IV in 2;
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5 eine zweite Ausführungsform der Hochvolt-Steckverbindung mit zwei in der Steckposition angeordneten Steckteilen in einer zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht;
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6 die beiden in 5 dargestellten Steckteile der Hochvolt-Steckverbindung vor der Anordnung in der Steckposition.
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1 zeigt eine Hochvolt-Steckverbindung 1 mit zwei lösbar miteinander verbundenen Steckteilen 2, 3 in einer zumindest teilweise geschnittenen Seitenansicht, während 2 die beiden Steckteile 2, 3 unmittelbar vor dem Herstellen der in 1 dargestellten Hochvolt-Steckverbindung 1 zeigt. Die 3 und 4 zeigen Ansichten gemäß der Linien III-II und IV-IV in 2.
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Die zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Steckteile 2, 3 weisen jeweils ein Kontaktelement 4, 5 auf, wobei das Kontaktelement 4 des in den 1 und 2 links dargestellten Steckteils 2 als Buchse oder Hülse und das Kontaktelement 5 des rechts dargestellten Steckteils 3 als Flachstecker ausgebildet ist. In einer in 1 abgebildeten Steckposition der beiden Steckteile 2, 3 greift der Flachstecker (Kontaktelement 5) in die Buchse (Kontaktelement 4) ein und die Steckteile 2, 3 bzw. die Kontaktelemente 4, 5 sind mechanisch miteinander verbunden und elektrisch kontaktiert. Außerdem sind die Kontaktelemente 4, 5 bzw. die Steckteile 2, 3 jeweils mit einem abisolierten Endabschnitt einer Hochvolt-Leitung 6, 7 leitend verbunden.
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Den beiden Steckteilen 2, 3 ist jeweils ein Berührschutzelement 8, 9 zugeordnet, welche die Kontaktelemente 4, 5 der beiden Steckteile 2, 3 sowohl in der in 1 dargestellten Steckposition als auch während bzw. vor einem Zusammenstecken der beiden Steckteile 2, 3 zumindest teilweise umschließen (siehe 2). Dabei ist das den Flachstecker umgebende Berührschutzelement 9 als zur einmaligen Verwendung vorgesehenes Einmal-Berührschutzelement 10 ausgebildet und das die Buchse umgebende Berührschutzelement 8 ist als Hülse 11 ausgebildet. In der Steckposition befinden sich die beiden Kontaktelemente 4, 5 berührgeschützt in einem von der Hülse 11 begrenzten Innenraum 12. Außerdem sind das das Einmal-Berührschutzelement 10 aufweisende Steckteil 3 und ein dem Steckteil 3 benachbarter Abschnitt der Hochvolt-Leitung 7 von einer berührschützenden Isolierung 13 umschlossen. Dabei sind das Einmal-Berührschutzelement 10 und die berührschützende Isolierung 13 in einem Übergangsbereich 14 überlappend angeordnet.
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Wie 2 zu entnehmen ist, umschließt das Einmal-Berührschutzelement 10 das Kontaktelement 5 des Steckteils 3 und die Hülse 11 das Kontaktelement 4 des anderen Steckteils 2, sodass beide Kontaktelemente 4, 5 berührgeschützt sind. Zur Herstellung der Hochvolt-Steckverbindung 1 wird das mit dem Einmal-Berührschutzelement 10 versehene Steckteil 3 in die Hülse 11 des anderen Steckteils 2 eingeführt. Beim Einführen bzw. beim Kontakt des Einmal-Berührschutzelements 10 mit dem anderen Kontaktelement 4 wird das Einmal-Berührschutzelement 10 partiell und irreversibel zerstört, sodass die beiden Kontaktelemente 4, 5, wenn sich die beiden Steckteile 2, 3 in der Steckposition befinden, elektrisch kontaktiert sind und gleichzeitig im Innenraum 12 der Hülse 11 angeordnet sind.
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Die in den 5 und 6 dargestellte Hochvolt-Steckverbindung 1 entspricht im Wesentlichen der in den 1 und 2 dargestellten Hochvolt-Steckverbindung 1, mit dem Unterschied, dass das Einmal-Berührschutzelement 10 in den 5 und 6 als Schlauch 15 ausgebildet ist und nicht zerstört wird, sondern relativ zu dem betreffenden Kontaktelement 5 verlagert werden kann. Der Schlauch 15 wird beim Herstellen der Steckverbindung 1 von der in 6 dargestellten Lage derart zurückgeschoben, dass er, wenn sich die beiden Steckteile 2, 3 in der Steckposition befinden, die in 5 dargestellte faltenbalgähnliche Lage einnimmt. Während des Steckvorgangs wird also der das Kontaktelement 5 umschließende Schlauch 15 zurückgeschoben, sodass ein Endabschnitt des Kontaktelements 5 aus einer Öffnung 16 des Schlauchs 15 heraustritt und dadurch eine elektrische Kontaktierung der beiden Kontaktelemente 4, 5 ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvolt-Steckverbindung
- 2
- Steckteil
- 3
- Steckteil
- 4
- Kontaktelement
- 5
- Kontaktelement
- 6
- Hochvolt-Leitung
- 7
- Hochvolt-Leitung
- 8
- Berührschutzelement
- 9
- Berührschutzelement
- 10
- Einmal-Berührschutzelement
- 11
- Hülse
- 12
- Innenraum
- 13
- Isolierung
- 14
- Übergangsbereich
- 15
- Schlauch
- 16
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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