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Die Erfindung betrifft eine Kontaktelementbaugruppe für ein steckend mit einem Gegensteckverbinderteil verbindbares Steckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Kontaktelementbaugruppe umfasst ein Kontaktelement, das einen Kontaktabschnitt zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement und einen Verbindungsabschnitt zum Herstellen einer Crimpverbindung mit einer an das Kontaktelement anzuschließenden elektrischen Leitung aufweist. Der Verbindungsabschnitt ist aus einer Kupferlegierung gefertigt und weist eine Öffnung zum Aufnehmen der Leitung und eine die Öffnung begrenzende Umfangsfläche auf.
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Eine solche Kontaktelementbaugruppe ist an einem Steckverbinderteil verwendbar, das steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil verbindbar ist. Ein Steckverbinderteil der hier in Rede stehenden Art kann z.B. als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. Eine Ladebuchse ist beispielswiese an einem Fahrzeug angeordnet und kann steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil in Form eines Ladesteckers an einem an eine Ladestation angeschlossenen Kabel verbunden werden, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
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Bei einem Steckverbinderteil zum Beispiel eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs werden ein oder mehrere Kontaktelemente mit zugeordneten Leitungen verbunden, um im Betrieb Ströme über das Kontaktelement zum Aufladen des Elektrofahrzeugs zu leiten. Das Verbinden einer Leitung mit einem zugeordneten Kontaktelements erfolgt durch Crimpen, indem die Leitung an den Verbindungsabschnitt des jeweils zugeordneten Kontaktelements angesetzt und der Verbindungsabschnitt plastisch umgeformt wird, sodass die Leitung formschlüssig und kraftschlüssig an dem Kontaktelement festgelegt wird.
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Die Verbindung des Kontaktelements mit der zugeordneten Leitung soll hierbei so beschaffen sein, dass ein elektrisch günstiger Übergang zwischen dem Kontaktelement und der Leitung hergestellt wird, also Ströme mit geringem Übergangswiderstand übertragen werden können. Zudem soll das Kontaktelement mechanisch fest und langzeitstabil mit der Leitung verbunden sein, sodass zwischen dem Kontaktelement und der Leitung wirkende Zugkräfte nicht zu einem Lösen der Verbindung führen.
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Bei einem aus der
DE 20 2018 104 958 U1 bekannten Steckverbinder weist ein Kontaktelement einen Verbindungsabschnitt in Form eines Anschlussbereichs auf, der zum Herstellen einer Crimpverbindung umgeformt werden kann. Das Kontaktelement kann beispielsweise aus einer Kupfer-Zink-Legierung mit einem Bleianteil ≤ 0,1 Gewichtsprozent (Gew.-%) gefertigt sein.
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Zur Fertigung von Kontaktelementen werden herkömmlich Materialien verwendet, die einen vergleichsweise großen Bleianteil, beispielsweise einen Bleianteil größer 1 % aufweisen. Durch Verwendung solcher bleihaltiger Materialien kann insbesondere eine Spanbarkeit des Materials verbessert sein, sodass sich eine einfache Fertigung ergibt. Weil es sich bei Blei um ein Schwermetall handelt, bestehen jedoch Vorschriften, die die Verwendung von bleihaltigen Materialien zum Herstellen von Erzeugnissen einschränken. Es besteht somit grundsätzlich das Bedürfnis danach, Erzeugnisse aus bleifreien Materialien (also Materialien mit einem Bleianteil von ≤ 0,1 Gewichtsprozent) zu fertigen.
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Eine an ein Kontaktelement anzuschließende Leitungen kann beispielsweise eine Leitungsader aus Kupfer aufweisen, die zur Verbindung mit dem zugeordneten Kontaktelement über eine Crimpverbindung mit dem Kontaktelement zu verbinden ist. Ist das Kontaktelement aus einem von dem Material der Leitung unterschiedlichen Material - nämlich einer Kupferlegierung - gefertigt, kann es dazu kommen, dass die durch die Crimpverbindung hergestellte elektromechanische Verbindung gegebenenfalls nicht zuverlässig und langzeitstabil ist und insbesondere Zugkräfte zwischen dem Kontaktelement und der Leitung nicht mit hinreichender Festigkeit aufgenommen werden können. Dies rührt daher, dass sich das Kupfermaterial der Leitungsader und das Material des Kontaktelements beim Vercrimpen mit Blick auf ein Nachfedern unterschiedlich verhalten.
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Es besteht somit ein Bedürfnis danach, bei Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die Leitung und das Kontaktelement eine Möglichkeit dafür zu schaffen, die Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung so herzustellen, dass die Crimpverbindung eine zuverlässige und langzeitstabile Verbindung zwischen der Leitung und dem Kontaktelement schafft.
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Bei einem aus der
DE 10 2014 112 701 A1 bekannten Schwerlaststeckverbinder ist an einem Isolierkörper ein Crimpkontakt angeordnet, der zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in einem Crimpbereich einen zylindrischen Hohlraum mit einer Kabeleinführöffnung zur Aufnahme eines Aluminium-Litzen-Leiters aufweist. In dem zylindrischen Hohlraum trägt der Crimpkontakt ein Innengewinde.
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Die
DE 70 45 534 U offenbart einen Presskabelschuh, bei dem an einer Innenfläche einer Kabelschuhhülse ein Gewinde ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kontaktelementbaugruppe für ein Steckverbinderteil zur Verfügung zu stellen, die bei zumindest teilweiser Fertigung des Kontaktelements aus einer Kupferlegierung eine zuverlässige Crimpverbindung mit einer Leitung ermöglicht, auch wenn die Leitung aus einem anderen Material als das Kontaktelement gefertigt ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach weist der Verbindungsabschnitt eine Oberflächenstruktur auf, die an der Umfangsfläche geformt und ausgebildet ist, bei dem Herstellen der Crimpverbindung durch Umformen des Verbindungsabschnitts mit der elektrischen Leitung in Wirkverbindung zu gelangen.
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Die Öffnung des Verbindungsabschnitts, in die die Leitung zum Verbinden mit dem Kontaktelement eingesetzt wird, ist beispielsweise zylindrisch geformt. Die Öffnung kann beispielsweise als Sackloch in dem Verbindungsabschnitt angeordnet sein, sodass eine Leitung entlang einer Einführrichtung in die Öffnung eingeführt werden kann. Ist die Leitung in die Öffnung eingeführt, kann der Verbindungsabschnitt unter Verwendung eines geeigneten Crimpwerkzeugs, insbesondere einer Crimpzange, umgeformt werden, um auf diese Weise eine Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung herzustellen und somit das Kontaktelement fest und unlösbar (permanent) mit der Leitung zu verbinden.
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Ist die Öffnung zylindrisch geformt, so umgibt die Umfangsfläche die Öffnung rotationssymmetrisch entsprechend der (kreis-)zylindrischen Form der Öffnung und ist somit durch eine innere, die Öffnung begrenzende Mantelfläche ausgebildet. Die an der Umfangsfläche geformte Oberflächenstruktur unterbricht die flächige Erstreckung der Umfangsfläche, indem die Oberflächenstruktur als Erhebung oder Vertiefung an der Umfangsfläche geformt ist und somit Strukturen an der Umfangsfläche schafft, die radial nach innen oder radial nach außen zu der Umfangsfläche weisen. Bei Herstellung der Crimpverbindung entsteht ein Formschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt des Kontaktelements und der Leitung, insbesondere zwischen der Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts und einem in der Öffnung aufgenommenen Leitungsaderabschnitt der Leitung, sodass die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Kontaktelement der Leitung verbessert ist. Durch Verkrallen der Oberflächenstruktur mit der Leitung kann insbesondere eine Zugfestigkeit erhöht werden, sodass zwischen dem Kontaktelement und der Leitung wirkende Zugkräfte aufgenommen und abgeleitet werden können und nicht zu einem Lösen der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leitung führen.
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Durch Formen einer Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche kann insbesondere erreicht werden, dass eine Kontaktflächenpressung zwischen Litzen einer Leitungsader einer Leitung und dem Verbindungsabschnitt des Kontaktelements verbessert ist und zudem eine kraft- und formschlüssige Kontaktpaarung geschaffen wird.
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Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise zumindest eine an der Umfangsfläche geformte Nut aufweisen. Eine Anordnung von einer oder mehreren Nuten ist somit in die Umfangsfläche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts eingeformt, sodass bei einem Umformen des Verbindungsabschnitts zum Herstellen der Crimpverbindung die Umfangsfläche mit der daran geformten Oberflächenstruktur verkrallend mit der Leitung in Eingriff gelangen kann, um auf diese Weise einen Kraft- und Formschluss zwischen dem Kontaktelement und der Leitung herzustellen.
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Die Nut kann beispielsweise im Querschnitt (quer zu ihrer Erstreckungsrichtung) rund (beispielsweise bogenförmig, insbesondere halbkreisförmig), dreieckig, trapezförmig oder rechteckig geformt sein.
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An einem Übergang der Nut hin zur Umfangsfläche kann eine Kante ausgebildet sein, die scharfkantig oder, alternativ, abgerundet sein kann. Ist die Kante abgerundet, so kann die Kante im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung der Nut beispielsweise eine durch einen Radius definierte Rundung aufweisen. Durch eine solche Abrundung kann insbesondere erreicht werden, dass bei einer Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung eine Beschädigung an Litzen einer Leitungsader der Leitung verhindert ist, indem die Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche innerhalb der Öffnung des Verbindungsabschnitts nicht scharfkantig auf die Leitung einwirkt.
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In einer Ausgestaltung läuft die zumindest eine Nut um die Öffnung um. Insbesondere kann die Nut sich beispielsweise umfänglich um eine Einführrichtung, entlang derer eine Leitung in die Öffnung eingeführt werden kann, innerhalb der Öffnung an der Umfangsfläche erstrecken. Die Nut kann hierbei helisch zur Ausbildung eines Gewindes um die Öffnung umlaufen. Alternativ kann die Nut ringförmig geschlossen sein, wobei mehrere Nuten axial zueinander versetzt innerhalb der Öffnung gebildet sein können.
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Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Nuten auch axial innerhalb der Öffnung erstreckt sein, also entlang der Einführrichtung, in die eine Leitung in die Öffnung einzuführen ist, um die Leitung an den Verbindungsabschnitt des Kontaktelements anzuschließen.
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Bildet die Nut innerhalb der Öffnung ein Gewinde aus, so kann das Gewinde eingängig oder auch mehrgängig sein. Unter einem mehrgängigen Gewinde wird hierbei ein Gewinde verstanden, bei dem mehrere Gewindegängen parallel zueinander verlaufen. Beispielsweise kann ein solches mehrgängiges Gewinde zwei Gewindegänge aufweisen.
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In einer Ausgestaltung weist die zumindest eine Nut eine Tiefe zwischen 0,02 mm und 0,4 mm auf. Die Tiefe wird hierbei zwischen einem inneren Radius der Umfangsfläche und dem radial tiefsten Punkt der Nut, die radial nach außen in die Umfangsfläche eingeformt ist, gemessen. Dadurch, dass die Nut eine vergleichsweise geringe Tiefe aufweist, kann die flächige Erstreckung der Umfangsfläche unterbrochen werden, wobei scharfkantige und tiefe Strukturen an der Umfangsfläche vermieden werden, um auf diese Weise das Risiko für eine Beschädigung an der Leitung bei Herstellung der Crimpverbindung zu reduzieren.
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In einer Ausgestaltung weist die Kupferlegierung, aus der zumindest der Verbindungsabschnitt des Kontaktelements, vorteilhafterweise aber das gesamte Kontaktelement gefertigt ist, einen Bleianteil ≤ 0,1 Gewichtsprozent auf. Das Kontaktelement ist somit aus einem Material gefertigt, das vernachlässigbar geringe Bleizusätze aufweist, sodass gesetzliche Anforderungen für bleifreie Erzeugnisse erfüllt werden können.
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Bei der Kupferlegierung kann es sich um eine Kupfer-Zink-Regierung mit einem Zinkanteil von beispielsweise ≥ 30 Gewichtsprozent, beispielsweise ≥ 40 Gewichtsprozent handeln, zum Beispiel CuZn40 oder CuZn42. Durch den hohen Zinkanteil der Legierung kann die Bearbeitbarkeit in Bezug auf eine Verformbarkeit und Zerspanbarkeit verbessert sein, ohne dass Bleizusätze in der Legierung erforderlich sind. Dies ermöglicht eine einfache, günstige Fertigung des Kontaktelements und eine zuverlässige Herstellung der Crimpverbindung zum Anschließen der Leitung an das Kontaktelement.
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In einer Ausgestaltung weist eine an das Kontaktelement anzuschließende elektrische Leitung eine elektrisch leitfähige Leitungsader auf, die aus einem von der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts des Kontaktelements unterschiedlichen Material, beispielsweise Kupfer, gefertigt ist. Hierbei kann sich ergeben, dass bei einem Herstellen der Crimpverbindung aufgrund der elastischen Materialeigenschaften es an dem Verbindungsabschnitt und der Leitung zu einem unterschiedlichen Umformungsverhalten kommt. Generell wird beim Umformen des Verbindungsabschnitts zum Herstellen der Crimpverbindung eine plastische Verformung an dem Verbindungsabschnitt bewirkt. Der Verbindungsabschnitt wird hierbei pressend umgeformt, sodass eine Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung hergestellt wird. Beim Verpressen kann es hierbei an dem Verbindungsabschnitt zu einem anderen Federverhalten als an der Leitung kommen. Federt der Verbindungsabschnitt beispielsweise um einen größeren Weg nach als die Leitung, so kann hierdurch die Qualität der Crimpverbindung beeinträchtigt sein.
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Dies beruht darauf, dass beim Vercrimpen die innere Weite der Öffnung des Verbindungsabschnitts durch Umformen an dem Verbindungsabschnitt reduziert und der Verbindungsabschnitt somit mit der Leitung verpresst wird. Weitet sich die Öffnung nach Herstellen der Crimpverbindung aufgrund eines Nachfederns des Verbindungsabschnitts wieder um einen gewissen Weg, ohne dass sich die Leitung in gleicher Weise weitet, so ist aufgrund dieses Nachfederverhaltens die Flächenpressung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung reduziert.
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Diesem wirkt die an der inneren Umfangsfläche der Öffnung geschaffene Oberflächenstruktur entgegen. Durch Vorsehen der Oberflächenstruktur an der Umfangsfläche kommt es beim Vercrimpen zu einem verbesserten Formschluss und einer vergrößerten Kontaktflächenpressung, sodass auch bei einer Materialpaarung mit einem ungünstigen Nachfederverhalten die elektromechanische Crimpverbindung sicher und zuverlässig hergestellt werden kann und eine hinreichende Zugfestigkeit gewährleistet.
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Die elastischen Eigenschaften des Materials der Leitungsader (beispielsweise Kupfer) und der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts können jeweils durch das E-Modul und die Streckgrenze beschrieben werden. Bei dem E-Modul handelt es sich um das Elastizitätsmodul, das die Steigung im Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei elastischer Verformung im linearen Bereich angibt. Das E-Modul wird üblicherweise in GPa (Gigapascal) oder MPA (Megapascal) angegeben. Unter der Streckgrenze wird hier die sogenannte 0,2%-Dehngrenze oder Elastizitätsgrenze Rp0,2 verstanden, die aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ablesbar ist und die mechanische Spannung angibt, bei der die auf die Anfangslänge einer Probe eines Materials bezogene, plastische (bleibende) Dehnung nach Entlassung 0,2 % beträgt.
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Ein Kontaktelement mit einem Verbindungsabschnitt aus einer Kupferlegierung und einer an einer Umfangsfläche geformten Oberflächenstruktur der beschriebenen Art ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn
- (a) das E-Modul des Materials der Leitungsader größer ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader kleiner ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts, oder
- (b) das E-Modul des Materials der Leitungsader kleiner ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader kleiner ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts, oder
- (c) das E-Modul des Materials der Leitungsader größer ist als das E-Modul der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts und zudem die Streckgrenze des Materials der Leitungsader größer ist als die Streckgrenze der Kupferlegierung des Verbindungsabschnitts.
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Bei diesen Verhältnissen des E-Moduls und der Streckgrenze ergibt sich generell ein Nachfederverhalten, bei dem der Verbindungsabschnitt in Richtung eines Aufweitens der Öffnung nach dem Vercrimpen um einen größeren Weg nachfedert als die Leitung. Bei diesen Verhältnissen des E-Moduls und der Streckgrenze kann somit durch Schaffung einer Oberflächenstruktur an der innere Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts eine Verbesserung der Verbindung zwischen der Leitung und dem Kontaktelement geschaffen werden. Insbesondere kann eine inhomogene elastische Rückverformung an dem Verbindungsabschnitt und der Leitung dazu genutzt werden, verbleibende Restspannungen in Axialrichtung des Verbindungsabschnitts zu gewährleisten, sodass eine zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung geschaffen werden kann.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem Ladekabel und einer Ladestation zum Aufladen;
- 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Inlets auf Seiten eines Fahrzeugs;
- 3 eine Ansicht eines Kontaktelements zum Verbinden mit einem Gegenkontaktelement;
- 4A eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
- 4B eine stirnseitige Ansicht eines Verbindungsabschnitts des Kontaktelements;
- 4C eine Ansicht des Kontaktelements, geschnitten im Bereich der Verbindungsabschnitts entlang der Linie B-B gemäß 4B;
- 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
- 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
- 7A eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements;
- 7B eine ausschnittsweise vergrößerte Ansicht des Kontaktelements, darstellend eine Nut innerhalb einer Öffnung des Verbindungsabschnitts;
- 8A-F Ansichten unterschiedlicher Formen einer Nut in einer Öffnung des Verbindungsabschnitts des Kontaktelements; und
- 9 eine Ansicht einer mit einem Kontaktelement zu verbindenden elektrischen Leitung.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 1 in Form eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs (bezeichnet auch als Elektrofahrzeug). Das Elektrofahrzeug 1 verfügt über elektrisch aufladbare Batterien, über die ein Elektromotor zum Fortbewegen des Fahrzeugs 1 elektrisch versorgt werden kann.
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Um die Batterien des Fahrzeugs 1 aufzuladen, kann das Fahrzeug 1 über ein Ladekabel 3 an eine Ladestation 2 angeschlossen werden. Das Ladekabel 3 kann hierzu mit einem Ladestecker 30 an einem Ende in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse des Fahrzeugs 1 eingesteckt werden und steht an seinem anderen Ende über einen anderen Ladestecker 31 mit einem Steckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse an der Ladestation 2 in elektrischer Verbindung. Über das Ladekabel 3 werden Ladeströme mit vergleichsweise großer Stromstärke hin zum Fahrzeug 1 übertragen.
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Das Steckverbinderteil 4 aufseiten des Fahrzeugs 1 und das Steckverbinderteil 4 aufseiten der Ladestation 2 können sich unterscheiden. Möglich ist auch, das Ladekabel 3 fest an der Ladestation 2 (ohne Steckverbinderteil 4) anzuordnen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 4 in Form einer Ladebuchse zum Beispiel auf Seiten eines Fahrzeugs (auch bezeichnet als Fahrzeuginlet), das steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 30 in Form eines Ladesteckers an einem Ladekabel 3 verbunden werden kann, um das Elektrofahrzeug 1 mit der Ladestation 2 des Ladesystems zu verbinden. Das Steckverbinderteil 4 weist ein Gehäuseteil 40 auf, an dem Steckabschnitte 400, 401 geformt sind, mit denen das Steckverbinderteil 30 entlang einer Steckrichtung E steckend verbunden werden kann. An den Steckabschnitten 400, 401 sind Stecköffnungen gebildet, in denen Kontaktelemente 41, 42 angeordnet sind, über die bei steckendem Verbinden eine elektrische Verbindung zu dem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 30 hergestellt werden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an einem ersten, oberen Steckabschnitt 400 Kontaktelemente 41 angeordnet, über die zum Beispiel ein Ladestrom in Form eines Wechselstroms übertragen werden kann. Zusätzlich können Kontaktelemente vorhanden sein, über die Steuersignale übertragen werden können.
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An einem zweiten, unteren Steckabschnitt 401 sind demgegenüber zwei Kontaktelemente 42 angeordnet, über die ein Ladestrom in Form eines Gleichstroms übertragen werden kann. Die Kontaktelemente 42 sind mit Lastleitungen 43 verbunden, über die der Ladestrom geleitet wird.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 42, das beispielsweise an dem (in 2 unteren) Steckabschnitt 401 zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms verwendet werden kann. Ein Kontaktelement 41 am Steckabschnitt 400 zum Übertragen eines Wechselstroms kann baugleich ausgebildet sein.
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Das Kontaktelement 42 des Ausführungsbeispiels gemäß 3 weist einen Kontaktabschnitt 420 in Form eines Kontaktstifts auf, der mit einem Gegenkontaktelement 300 eines Gegensteckverbinderteils 30 steckend verbunden werden kann. Das Gegenkontaktelement 300 weist einen Kontaktabschnitt 301 in Form einer Kontaktbuchse auf, in die das Kontaktelement 42 mit dem Kontaktabschnitt 420 entlang der Steckrichtung E eingesteckt werden kann.
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Das Kontaktelement 42 weist einen radial gegenüber dem Kontaktabschnitt 420 vorstehenden Bund 421 und einen an den Bund 421 anschließenden Verbindungsabschnitt 422 auf. Über den Verbindungsabschnitt 422 kann eine zugeordnete Leitung 43, über die im Betrieb Lastströme übertragen werden, an das Kontaktelement 42 angeschlossen werden, wobei der Verbindungsabschnitt 422 zum Herstellen einer Crimpverbindung ausgebildet ist und somit zum Anschließen der Leitung 43 umgeformt werden kann.
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Bei einem in 4A bis 4C dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 42 ist in dem Verbindungsabschnitt 422 eine Öffnung 423 in Form eines Sacklochs geformt, in die die zugeordnete Leitung 43 entlang einer Einführrichtung eingeführt werden kann, um bei eingeführter Leitung 43 eine Crimpverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und der Leitung 43 durch Umformen an dem Verbindungsabschnitt 422 herzustellen. Die Öffnung 423 kann beispielsweise in spanender Weise durch Bohren an dem Verbindungsabschnitt 422 geformt sein und erstreckt sich von einem von dem Kontaktabschnitt 420 abliegenden Ende des Verbindungsabschnitts 422 axial in den Verbindungsabschnitt 422 hinein.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsabschnitt 422 eine zylindrische Grundform auf und ist (zumindest in einem Ausgangszustand vor Umformen des Verbindungsabschnitts 422) rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Öffnung 423 ist in ihrem wesentlichen Erstreckungsbereich ebenfalls zylindrisch geformt und ist durch eine zylindrische Umfangsfläche 424 umfänglich begrenzt.
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Durch Umformung an dem Verbindungsabschnitt 422 kann eine Crimpverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und einer in die Öffnung 423 eingesetzten Leitung 43 geschaffen werden. Wie aus 9 ersichtlich, kann die Leitung 43 eine Leitungsader 430 mit Litzen 431 aufweisen, die in einem Leitungsmantel 432 geführt sind. Zum Verbinden mit dem Verbindungabschnitt 422 wird die Leitung 43 mit einem abisolierten Leiterende, also freiliegenden Litzen 431, in die Öffnung 422 eingeführt, sodass durch Vercrimpen eine elektromechanische Verbindung zu dem Kontaktelement 42 geschaffen werden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement einstückig aus einer Kupferlegierung gefertigt, beispielsweise CuZn40 oder CuZn42. Die Litzen 431 der Leitungsader 430 der Leitung 43 können demgegenüber beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. Es ergibt sich eine Materialpaarung, bei der der Verbindungsabschnitt 422 und die Leitung 43 ein unterschiedliches Verformungsverhalten aufweisen können.
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Bei einem Umformen an dem Verbindungsabschnitt 422 zum Herstellen der Crimpverbindung wird die lichte Weite der Öffnung 423 reduziert und auf diese Weise die in die Öffnung 423 eingesetzte Leitung 43 mit dem Verbindungsabschnitt 422 verpresst. Nach Herstellen der Crimpverbindung durch Verpressen kann es hierbei zu einem Nachfedern sowohl an dem Verbindungsabschnitt 422 als auch an dem in der Öffnung 423 einliegenden Leitungsabschnitt der Leitung 43 kommen, wobei insbesondere vorkommen kann, dass der Verbindungsabschnitt 422 um einen größeren Weg in Richtung eines Aufweitens der Öffnung 423 nachfedert als die Leitung 43. Dies kann bewirken, dass eine Flächenpressung zwischen dem Verbindungabschnitt 422 und der Leitung 43 sich nach Herstellen der Crimpverbindung reduziert, was insbesondere die Zugfestigkeit der Verbindung und auch die elektrische Qualität der Verbindung beeinträchtigen kann.
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Aus diesem Grund ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4A bis 4C an der inneren Umfangsfläche 424 der Öffnung 423 eine Oberflächenstruktur 5 geformt, die zwei radial in die Umfangsfläche 424 eingeformte Nuten 50 ausbildet. Die Nuten 50 unterbrechen die ansonsten rotationssymmetrische, flächige Erstreckung der Umfangsfläche 424 und laufen umfänglich innerhalb der Öffnung 423 um.
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Die Nuten 50 bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemeinsam zwei Gänge 500, 501 eines zweigängigen Gewindes aus.
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Durch Vorsehen der Oberflächenstruktur 5 in Form der Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 kann bei Verpressen des Verbindungsabschnitts 422 mit der Leitung 43 zum Herstellen der Crimpverbindung eine insbesondere formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und der Leitung 43 geschaffen werden. Auch bei einem ungünstigen Nachfederverhalten kann dadurch eine hinreichende axiale Zugfestigkeit in der Verbindung und somit eine zuverlässige, langzeitstabile elektromechanische Verbindung gewährleistet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4A bis 4C ist die Oberflächenstruktur 5 durch helisch innerhalb der Öffnung 423 umlaufende Nuten 50, die gemeinsam ein zweigängiges Gewinde ausbilden, geschaffen. Bei einem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind demgegenüber Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 geformt, die ringförmig innerhalb der Öffnung 423 umlaufen und sich somit umfänglich geschlossen um eine Einführrichtung, entlang derer eine Leitung in die Öffnung 423 eingeführt werden kann, erstrecken. Mehrere Nuten 50 sind hierbei axial zueinander innerhalb der Öffnung 423 versetzt.
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Bei einem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 Nuten 50 innerhalb der Öffnung 423 geformt, die sich axial entlang einer Einführrichtung erstrecken, entlang derer eine Leitung in die Öffnung 423 eingeführt werden kann. Mehrere Nuten 50 sind umfänglich verteilt innerhalb der Öffnung 423 geformt.
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Die Nuten 50 der Ausführungsbeispiele gemäß 4A bis 4C, 5 und 6 sind in ihrer Form, insbesondere ihrer Querschnittsform und Tiefe, so angepasst, dass eine vorteilhafte, belastbare, formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 422 und einer Leitung 43 bei Herstellen einer Crimpverbindung geschaffen werden kann. Wie dies in 7A, 7B veranschaulicht ist, können die Nuten 50 hierbei eine Tiefe T aufweisen, die zum Beispiel in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 0,4 mm liegt, sodass die Nuten 50 im Vergleich zu einem herkömmlichen Gewinde eine vergleichsweise geringe Tiefe T aufweisen. Die Tiefe T wird hierbei zwischen der radial inneren Umfangsfläche 424 und dem radial äußersten Punkt einer jeden Nut 50 gemessen.
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Wie in 8A bis 8F veranschaulicht, können die Nuten 50 im Querschnitt unterschiedlich geformt sein. In 8A bis 8F sind hierbei unterschiedliche Querschnittsformen im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung einer einzelnen Nut 50 dargestellt.
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Die Nut 50 kann im Querschnitt, wie in 8A dargestellt, zum Beispiel rund ausgebildet sein, beispielsweise bogenförmig, insbesondere halbkreisförmig. Die Rundung der Nut 50 kann hierbei durch einen Radius R1 beschrieben sein, wobei die Nut 50 beidseitig durch Kanten 51 begrenzt ist, die einen Übergang zu der angrenzenden Umfangsfläche 424 darstellen und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8A scharfkantig ausgebildet sind. Die Kanten 51 erstrecken sich beidseitig längs entlang der Nut 50.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8B ist die Nut 50 rund ausgebildet, wobei die Kanten 51 abgerundet sind. Die Rundung an den Kanten 51 kann hierbei durch einen Radius R2 beschrieben sein, der insbesondere kleiner als der Radius R1 der Nut 50 sein kann.
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Bei einem in 8C dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 im Querschnitt trapezförmig geformt. Seitenflanken der Nut 50 sind somit schräg gestellt. Kanten 51 können scharfkantig oder abgerundet (wie in 8B) ausgebildet sein.
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Bei einem in 8D dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 im Querschnitt rechteckig geformt. Wiederum können Kanten 51 scharfkantig oder abgerundet (wie in 8B) ausgebildet sein.
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Bei einem in 8E dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 50 dreieckig geformt. Kanten 51 können scharfkantig oder, wie in 8F dargestellt, abgerundet ausgebildet sein, wobei auch eine Kante am Boden der Nut 50 abgerundet sein kann.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
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Durch das Vorsehen einer Oberflächenstruktur innerhalb eines Verbindungsabschnitts eines aus einer Kupferlegierung gefertigten Kontaktelements kann auch bei einer ungünstigen Materialpaarung mit einer Leitung eine gute elektromechanische Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Leitung durch Herstellen einer Crimpverbindung geschaffen werden. Eine solche Oberflächenstruktur kann in ganz beliebiger Weise geformt sein und unterbricht eine ansonsten insbesondere rotationssymmetrische Formgebung einer Umfangsfläche innerhalb einer Öffnung zur Aufnahme der Leitung.
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Eine Oberflächenstruktur kann insbesondere durch eine Nut oder auch einen Steg ausgebildet sein, wobei auch andere Strukturen, insbesondere nach Art von Noppen, Zapfen oder Aussparungen, Taschen oder dergleichen, die Oberflächenstruktur ausbilden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Ladestation
- 3
- Ladekabel
- 30, 31
- Gegensteckverbinderteil (Ladestecker)
- 300
- Gegenkontaktelement
- 301
- Kontaktabschnitt (Kontaktbuchse)
- 4
- Steckverbinderteil
- 40
- Gehäuseteil
- 400, 401
- Steckabschnitt
- 41
- Kontaktelement
- 42
- Kontaktelement
- 420
- Kontaktabschnitt (Kontaktstift)
- 421
- Bund
- 422
- Verbindungsabschnitt
- 423
- Öffnung
- 424
- Innere Mantelfläche
- 43
- Elektrische Leitung (Lastleitung)
- 430
- Leitungsader
- 431
- Litzen
- 432
- Leitungsmantel
- 5
- Oberflächenstruktur
- 50
- Nutanordnung
- 500, 501
- Gang
- 51
- Kante
- E
- Steckrichtung
- R1, R2
- Radius
- T
- Tiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018104958 U1 [0006]
- DE 102014112701 A1 [0010]
- DE 7045534 U [0011]