WO2020239624A1 - Steckverbindersystem - Google Patents

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WO2020239624A1
WO2020239624A1 PCT/EP2020/064261 EP2020064261W WO2020239624A1 WO 2020239624 A1 WO2020239624 A1 WO 2020239624A1 EP 2020064261 W EP2020064261 W EP 2020064261W WO 2020239624 A1 WO2020239624 A1 WO 2020239624A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connector system
filter element
emc filter
electrical
connector
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/064261
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maik Paehrisch
Thorsten Kremer
Steffen Eberle
Guenter Schelling
Konstantin Spanos
Dennis BURGER
Tim Liewer
Wolfgang Pade
Frederik David Ferber
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2020239624A1 publication Critical patent/WO2020239624A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/719—Structural association with built-in electrical component specially adapted for high frequency, e.g. with filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/648—Protective earth or shield arrangements on coupling devices, e.g. anti-static shielding  
    • H01R13/658—High frequency shielding arrangements, e.g. against EMI [Electro-Magnetic Interference] or EMP [Electro-Magnetic Pulse]
    • H01R13/6581—Shield structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
    • H01R13/6683—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a connector system.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • a housing of the component e.g. a
  • Control unit housing, motor housing, charger housing, etc. effect the shielding through metal inserts or even through the design as a metal housing.
  • the EMC is improved within the component in that a downstream single or multiple EMC filter stage, i.e. an EMC filter element, reduces emissions in the circuits associated with the component.
  • a downstream single or multiple EMC filter stage i.e. an EMC filter element
  • Such an EMC filter element can e.g. comprise one or more capacitors and resistors.
  • This connector can be integrated into the component housing, for example.
  • the connector can have a housing which represents a mechanical interface for plugging together with a mating connector. If the
  • Connector is plugged together with a matching mating connector, with another end (a free end) of the contact element being connected to a mating connector contact element, the component can be supplied with voltage, current and / or (current) signals or output (current) signals.
  • Charging device has an EMC filter element.
  • the invention is based on the knowledge that, despite all care, it can happen that undesired electromagnetic interference radiation is transmitted via the mating connector and the connector to the component or into the interior of the component housing. As a result, additional shielding measures may be necessary within the component or the EMC filter element of the
  • Component must be designed to be particularly strong. This can also be necessary if the mating connector and the cable connected to it are well shielded.
  • the invention is based on the knowledge that the dimensions of the components (e.g. inverters, motors, control devices, sensors, etc.) should become smaller and smaller, e.g. To create space in a motor vehicle for additional components or to enlarge the passenger compartment.
  • providing an E MV filter element in the components requires more space, especially if the EMC filter element is to be designed as a modular assembly. Because this has to be attached inside the component, which requires longer cables.
  • the assembly effort also increases, since more parts have to be installed within the component.
  • the total electrical resistance may also increase due to an increase in the number of contact points. Ultimately - especially with components in the high current range - it can lead to strong heating. Especially with cramped
  • each component can have its own EMC filter element, wherein the quality of the EMC filter modules or EMC filter elements can vary greatly or can deteriorate over the course of the operating time.
  • a component with a defective EMC filter element can pass through the connecting lines transmit electromagnetic interference signals to the components connected to it.
  • the connector system has a housing, at least one
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the connector together with the EMC filter element is then the connector system.
  • the EMC filter element has a circuit carrier and at least one electrical or electronic component or component arranged on the circuit carrier.
  • the EMC filter element is electrically connected to the at least one contact element.
  • the EMC filter element is arranged very close to the free end of the contact element or to the contact point with the mating contact element or very close to an insertion opening of the
  • the EMC filter element is at a distance of no more than 20 cm, preferably no more than 10 cm, particularly preferably no more than 5 cm and very particularly preferably no more than 2 cm from the free end of the contact element or the contact point with the mating contact element or the insertion opening of the housing for the mating connector arranged.
  • the connector system can preferably be set up for operation at high currents in the range from 10A to 1200A, particularly preferably for operation at currents greater than 50A and very particularly preferably for operation at currents greater than 100A, e.g. of more than 200A or even more than 400A. In other words: the EMC filter element is close to the contact point with the
  • the EMC filter element can be integrated directly or directly into the connector system.
  • the EMC capability of the connector system is advantageously improved.
  • This also improves the EMC capability of a component connected to the connector system.
  • Such components can e.g. an inverter, an electric motor, a generator, a battery, a control unit, a sensor, etc.
  • Contact point prevents unwanted interference signals (e.g. high-frequency electrical or magnetic radiation) from entering through the EMC filter element.
  • the interference suppression is integrated in the connector system and not only in the component connected to it.
  • Connector system significantly reduced. This is e.g. a great advantage for high-current plug connections, since the plug connector (housing and contact element) can already take up a relatively large amount of space and a separate EMC filter element requires additional space.
  • the integration of the E MV filter element in the connector and thus the formation of a connector system thus enables a particularly compact design of the connector or the connector system.
  • Busbars or lines in a component to be connected to the connector system are kept short - because there is no longer an EMC filter element to be installed there. For example, high current connections are large
  • Cable cross-sections necessary e.g. from 4mm 2 up to 200mm 2 or even up to 400mm 2 .
  • Short lines with such cross-sections can save a lot of material - accordingly, material costs and weight can be saved. Assembly steps when assembling the with the
  • Connector system components to be connected e.g. inverters, electric motors, etc.
  • connecting means e.g. screws, rivets, etc.
  • the function of the E MV filter element can also advantageously take place at a lower value-added stage, namely directly after the manufacture of the
  • Connector system This makes it easy and inexpensive to ensure that only functional and interference-free connector systems are installed. An interference suppression test or EMC test of the components connected to the connector system can thus be omitted or carried out more simply.
  • the transition resistance on the electrical path from the mating connector via the connector system to that with the connector system is reduced. Because by integrating the EMC filter element into the connector system, contact points and thus transition resistances of different conductors can be saved. This also advantageously reduces the total resistance.
  • EMC filter element in or on or on the connector system, a high, standardized quality of the EMC filter element can advantageously be guaranteed.
  • EMC filter elements can be used which filter out different frequency bands depending on the application and / or which effect an application-specific damping of the undesired frequencies of different strengths. So that can
  • the connector system can preferably be provided for use in direct current operation, in particular in the case of high currents, such as, for example, in electromobility or are used in hybrid vehicles.
  • high currents such as, for example, in electromobility or are used in hybrid vehicles.
  • the housing of the connector system can e.g. be designed to be electrically insulating. It can e.g. be made of plastic.
  • the housing can be on one of the
  • Mating connector facing side have a cup-like section, the at least one contact element protruding with its free end into this cup-like section.
  • the housing can be manufactured as an injection molded part. It can e.g. be formed in one piece or made of e.g. two or three housing parts can be put together (e.g. by clip or screw connections or the like).
  • the at least one contact element can be used as an insert in the injection molding process
  • the contact element can be caused to hit the bottom of the e.g. Cup-like receiving section for the mating connector extends through or protrudes through this and this passage of the contact element is nevertheless made media-tight.
  • the contact element can have a profiling on its outside, e.g. a hook structure or a sawtooth structure, which causes a better hold in the material of the housing.
  • the contact element can be designed, for example, as a pin with a rectangular or round cross-section or as a contact blade.
  • the cross section of the contact element can be designed for use with high currents, for example, and can be more than 4 mm 2 , for example.
  • the cross section can be, for example, 10mm 2 or 50mm 2 or 100mm 2 or even up to 200mm 2 . 400mm 2 are also possible.
  • the contact element can be designed to be electrically conductive and can be made of a metal, for example copper or a metal
  • Copper alloy It can be designed to be mechanically and electrically contacted at least at one end, its free end, with a mating contact element of the mating connector.
  • the contact element faces the mating connector with its free end.
  • the contact element can for example be arranged at least in sections inside the housing, e.g. inside the
  • the contact element can also be designed in the manner of a lamellar cage into which the mating contact element is inserted.
  • the term “free end” is to be understood to mean that electrical contact with the mating contact is established in the area of this end.
  • the EMC filter element is set up to filter or render harmless electromagnetic interference that is entered into the connector system, i.e. to suppress interference in the connector system.
  • the circuit carrier can be designed as a printed circuit board, for example. For example, a single or multi-layer circuit board made of FR4 material or better can be used. It is also possible, for example, to use a lead frame as a circuit carrier. At least one on that
  • Circuit carrier arranged electrical or electronic component or component can e.g. as a capacitor or as a resistor or as a coil or as
  • the at least one electrical or electronic component can be designed for high currents of more than 10A or more than 50A or more than 100A.
  • the connector system can have a shield.
  • the shielding can be integrated into the housing or arranged around the housing. This prevents the connector system from emitting unwanted electromagnetic radiation to the environment, be it on the side facing the mating connector or on the side of the
  • This shielding can e.g. be formed by shield plates.
  • the connector system can also have a ground connection.
  • the connector system e.g. with the shielding, e.g. with the
  • This ground connection can be designed as a grounding, but it can also be another predetermined, defined electrical potential.
  • EMC filter elements can also be provided, e.g. an EMC filter element for each contact element.
  • the connector system has at least one electrical conductor for connecting to an electrical or electronic component different from the EMC filter element and the mating connector (e.g. an inverter, a motor, a generator, a battery, a sensor, etc.) having.
  • the circuit carrier encloses the at least one electrical conductor along a Direction of rotation around the at least one electrical conductor by at most 270 °.
  • the at least one electrical conductor is different from the contact element and is electrically connected to the at least one contact element.
  • the at least one contact element is not completely or circumferentially enclosed by the circuit carrier.
  • the at least one contact element does not penetrate or does not penetrate the circuit carrier. This is advantageous in a particularly simple and inexpensive manufacture or assembly of the
  • Connector system causes. Because the circuit carrier can e.g. simply placed directly or indirectly on the at least one electrical conductor and electrically connected to it.
  • the circuit carrier can also be manufactured in a particularly simple manner because no lead-through or no opening has to be provided for inserting the at least one conductor.
  • the connector system can advantageously be given a particularly high degree of structural flexibility.
  • contact element can be provided in the connector system.
  • This can have a connection to the electrical conductor on its side facing away from the free end.
  • the electrical conductor in turn, can take on various geometric shapes in order to establish the connection to the component (e.g. the control unit).
  • the component e.g. the control unit.
  • He can e.g. Have bends or kinks to compensate for height or length differences.
  • He can also e.g. be designed with a U-shape to the EMC filter element in the lower part of the U-shape
  • each contact element can be electrically connected to exactly one electrical conductor. But it is also possible that several contact elements on an electrical conductor
  • the EMC filter element or the circuit carrier can be mechanically connected to the at least one electrical conductor.
  • the EMC filter element is electrically connected, for example, directly to the at least one electrical conductor and indirectly via the electrical conductor to the contact element. It can it can also be provided that the EMC filter element or the circuit carrier is mechanically connected to the at least one electrical conductor, but electrically directly or directly to the at least one contact element.
  • the at least one electrical conductor can ensure, for example, a shape adaptation so that the EMC filter element does not protrude beyond a predetermined outer contour.
  • a (short) electrical connection means such as a bonding wire or a rivet or a screw or a soldered connection with which the circuit carrier or the EMC filter element is electrically connected to the at least one conductor or to the contact element, the expression “directly electrically connected to the electrical conductor / contact element “Don't stand in the way.
  • EMC filter elements can also be provided for a plurality of electrical conductors, e.g. an EMC filter element for each electrical conductor.
  • the connector system has at least one electrical conductor for connecting to one of the EMC filter element and the
  • Mating connector has various electrical or electronic components (e.g. an inverter, a motor, a generator, a battery, a sensor, etc.).
  • the circuit carrier encloses the at least one electrical conductor along a circumferential direction around the at least one electrical conductor by at most 270 °.
  • the at least one electrical conductor is the at least one contact element.
  • the contact element here is identical to the electrical conductor.
  • the at least one contact element is not completely or circumferentially enclosed by the circuit carrier.
  • the at least one contact element does not penetrate or does not penetrate the circuit carrier. This is advantageous in a particularly simple and inexpensive manufacture or assembly of the
  • Connector system causes. Because the circuit carrier can be placed directly or indirectly on the at least one electrical conductor and electrically connected to it.
  • the circuit carrier can also be manufactured in a particularly simple manner because no lead-through or no opening has to be provided for inserting the at least one conductor.
  • the at least one electrical conductor is identical to the contact element has the advantageous effect that the total electrical resistance is kept particularly low, since there are no additional contact points. It also becomes the production of the connector system is simplified since a step of connecting the further conductor to the contact element is omitted.
  • the EMC filter element is electrically connected directly to the contact element.
  • circuit carrier is arranged with its main extension plane parallel to the at least one electrical conductor on the at least one electrical conductor, a particularly compact design of the connector system is achieved.
  • the connector system can in this way e.g. be made very flat, so that it is only slightly higher in the area that is inserted into a component housing (perpendicular to the direction of insertion into the component housing) than the
  • Contact element is not more than eight times or not more than five times or even not more than three times the thickness or height of the
  • the EMC filter element can be arranged on the at least one electrical conductor or the contact element before an injection molding process.
  • the EMC filter element With a parallel arrangement of the E MV filter element, it is also particularly easy to arrange the EMC filter element on the at least one electrical conductor after the connector system has been produced and, if necessary, to fasten it there.
  • a recess can also be provided in the housing along the longitudinal extension of the at least one conductor, into which the EMC filter element is inserted.
  • the EMC filter element can be arranged on the at least one conductor or on the contact element; it can also be fastened or mounted on the at least one conductor or contact element (for example non-positively or positively or materially). It can also be cast into the housing.
  • the EMC filter element or the circuit carrier can be arranged directly or directly on the at least one conductor or the contact element.
  • the EMC filter element or the circuit carrier can, however, also be arranged or mounted or fastened with a further element interposed on the at least one conductor or on the contact element.
  • the EMC filter element or the Circuit carrier can be arranged or fixed on the at least one conductor or the contact element in a detachable or non-detachable manner (ie: not detachable without destruction).
  • the at least one conductor or the contact element can have a mounting section or arrangement section in which the EMC filter element or the
  • Circuit carrier is placed or arranged or mounted.
  • the connector system has at least two contact elements or
  • the EMC filter element has at least two electrical conductors, the EMC filter element being electrically connected to two or more contact elements or to two or more electrical conductors, a particularly inexpensive interference suppression is made possible. Because the EMC filter element can be designed in this way to suppress interference from at least two lines at the same time and components are saved. For example, exactly two contact elements or electrical conductors can be provided in a direct current connector system. Three contact elements or electrical conductors can be provided in a three-phase AC plug connector system. The EMC filter element is advantageously connected to all three contact elements or electrical conductors.
  • the EMC filter element or the circuit carrier is electrically connected to all electrical conductors or contact elements. However, it can also be provided that the EMC filter element or the circuit carrier is not connected to all electrical conductors or contact elements, but at least to two of the electrical conductors or contact elements.
  • EMC filter elements In principle, with a plurality of electrical conductors or contact elements, a plurality of EMC filter elements can also be provided.
  • circuit carrier is electrically directly or directly with each
  • a (short) electrical connection means such as a bonding wire or a rivet or a screw or a soldered connection with which the circuit carrier or the EMC filter element is electrically connected to the contact element is intended to be the
  • the expression "directly electrically connected to the contact element” does not stand in the way. Because the EMC filter element is fixed on or in the housing, a particularly compact design and a particularly durable connector system are created. For example, the EMC filter element can be enclosed or encapsulated by the housing. It is therefore particularly well protected against external influences such as dirt or moisture. Attachment to the housing also relieves the load on the at least one conductor or the at least one contact element, there
  • the EMC filter element is set up for operation at high voltages of more than 40V, preferably more than 200V and very particularly preferably more than 400V. This also makes operation in the high-voltage range, e.g. Electric vehicles possible.
  • Tensions are caused by the fact that the circuit carrier and the electrical or electronic components of the EMC filter element are separated from one another by sufficiently large air and creepage distances so that flashovers are avoided. This can e.g. also through the use of a multilayer printed circuit board and a
  • Equipping with electrical or electronic components or components can be effected on two sides of the circuit board.
  • the connector system can make the installation of complex, high-voltage capable and large-scale EMC filter elements in the components (e.g. inverter, motor, etc.) superfluous and thus save considerable installation space.
  • the connector system has a thermally conductive element.
  • a first section of the thermally conductive element is thermally conductively coupled to the EMC filter element, the thermally conductive element having a second section that is different from the first section and is designed for coupling to a thermal sink.
  • Heat dissipation creates a high temperature that can damage the EMC filter element in the long term.
  • By providing the thermally conductive element it can be ensured that the EMC filter element does not overheat and thus always maintains its function.
  • a component e.g. inverter, motor, control unit, etc.
  • the second section can have a special geometry which engages in a corresponding geometry (key and lock principle) of the heat sink. This brings about a particularly good thermal coupling.
  • the thermally conductive element can e.g. be made electrically non-conductive and e.g. comprise a ceramic material. It can e.g. have a thermal conductivity of at least 4 W / (m * K), preferably at least 5 W / (m * K).
  • the thermally conductive element can e.g. be connected to the at least one electrical conductor or the at least one contact element in a thermally conductive manner.
  • the thermal element also cooled the EMC filter element.
  • the thermal element can only be indirectly coupled to the EMC filter element.
  • the thermally conductive element can, however, also be thermally coupled directly or directly to the EMC filter element.
  • a necessary fastening means e.g. screws or rivets
  • a thermal paste applied between the thermal element and the EMC filter element should not conflict with the term "directly / directly thermally coupled”.
  • Is arranged insulating element is advantageously effected that a heating of the electrical conductor or the contact element by the high current flow does not strike through directly and not to the full extent on the EMC filter element.
  • a thermal sink coupled to a thermal sink would have to be used
  • thermo element therefore, much less heat is dissipated.
  • the thermal element could thus advantageously be made smaller.
  • the connector system has a shield conductor for connection to a counter shield conductor of the counter connector, the EMC filter element being connected to the shield conductor.
  • the EMC filter element being connected to the shield conductor.
  • a ground connection of the EMC filter element must be connected to the shield conductor.
  • the entire system is radiated into the external environment.
  • the connector system is a flow concentrator or a
  • Mating connector and component as well as the interference suppression can also be equipped cost-effectively with another functionality that can be saved elsewhere.
  • the flux concentrator or the flux guide piece can be made of a magnetically highly permeable material such as Soft iron be designed.
  • the magnetic field surrounding the electrical conductor or the contact element in a ring shape is bundled in the flux concentrator.
  • the flux concentrator has a slot in such a way that the flux concentrator is not closed in an annular manner, the slot being designed for the introduction of a magnetic field sensor.
  • the magnetic field sensor can e.g. be designed as a Hall sensor. This enables a simple, inexpensive, contactless and precise current measurement in the connector system.
  • the slot is designed or set up in such a way that the magnetic field sensor can be inserted into it as precisely as possible.
  • Magnetic field sensor e.g. can be a Hall sensor, the effect is advantageously that the connector system is set up for a current measurement.
  • the magnetic field sensor or the Hall sensor can e.g. be electrically connected to evaluation electronics, which convert the generated or detected signals into a current intensity.
  • 3a a perspective view obliquely from above onto another
  • 3b a perspective view obliquely from below of the
  • FIG. 4 a cross section through a connector system similar to that from FIGS
  • Fig. 5a a cross section through a connector system similar to that of the
  • FIG. 5b a plan view of the flow concentrator from FIG. 5a.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a connector system 1 for plugging together along an insertion direction E with a mating connector 50 and a component 70 connected to the connector system 1.
  • An xz coordinate system is shown for better orientation, with the x direction of the longitudinal direction and the z-direction corresponds to the height direction.
  • the connector system has a housing 2, at least one contact element 3 with a free end 4 and an EMC filter element 20.
  • the EMC filter element 20 has a circuit carrier 22 or a carrier element 22 and at least one electrical or electronic component 24 arranged on the circuit carrier 22.
  • the EMC filter element 20 is electrically connected to the at least one contact element 3, with the EMC filter element 20 being very close to or slightly spaced from the free end 4 is arranged.
  • the EMC filter element 20 is arranged at a distance D of not more than 20 cm, preferably not more than 10 cm and very particularly preferably not more than 5 cm from the free end 4 of the contact element 3. This has the effect that electromagnetic interference radiation potentially introduced into the connector system 1 by the mating connector 50 cannot escape at a further end 14 of the connector system 1 on the component side but is suppressed or filtered as close as possible to the interface to the mating connector 50.
  • the housing 2 together with the contact element 3 can e.g. are referred to as connectors.
  • the EMC filter element 20 is a
  • Connector system 1 formed.
  • the housing 2 can e.g. be made of plastic or comprise plastic. It can be designed to be electrically insulating. In principle, it can also be designed in metal or comprise metal.
  • the housing 2 is, for example, cup-shaped on the side facing the mating connector 50. This geometrically creates an interface into which (only) a complementary mating connector 50 can be plugged.
  • the free end 4 of the contact element 3 is arranged in the interior of the cup-shaped housing section of the housing 2. The contact element 3 can when plugging the
  • Mating contact element 53 of mating connector 50 are electrically contacted.
  • the circuit carrier 22 can e.g. be designed as a single-layer or multi-layer printed circuit board, e.g. made of a material like FR4 or better.
  • the circuit carrier 22 can alternatively also be used as a stamped grid or as a ceramic carrier substrate or the like
  • the at least one electrical or electronic component or component 24 arranged on the circuit carrier 22 can e.g. be designed as a capacitor, an electrical resistor, a coil, a semiconductor component such as e.g. a diode, an integrated circuit or the like.
  • the component 70 can be, for example, an inverter of an electrically or hybrid-operated motor vehicle or an electric motor of an electrically or hybrid-operated motor vehicle, a control device, a sensor, a battery, a battery charger, a generator or the like.
  • the component 70 is here within one Component housing 80 arranged.
  • the component housing 80 may be a
  • the component housing 80 can e.g. Be designed from metal or as a plastic housing in which metal sheets are incorporated or on which an electrically conductive layer is applied or the like.
  • Component housing 80 is grounded here, i.e. connected to a ground potential ("GND"). In principle, instead of the earth potential (0V), any desired defined electrical potential can also be applied to the component housing 80.
  • GND ground potential
  • any desired defined electrical potential can also be applied to the component housing 80.
  • Component 70 is e.g. electrically and mechanically connected to the further end 14 of the contact element 3 opposite the free end 4 by means of a connection 72 designed as a busbar, e.g. by a screw connection, a
  • Riveted connection Riveted connection, a plug connection, a welded connection, a soldered connection or the like.
  • the connector system 1 can be set up for operation at high currents in the range from 10A to 1200A. It is preferably designed for currents of at least 50A or at least 100A. For this purpose, a cross section of the at least one
  • Contact element 3 of, for example, at least 4mm 2 or at least 10mm 2 or at least 50mm 2 can be provided.
  • Cross-sections of up to 200mm 2 or up to 400mm 2 are also possible in order to have a sufficient load-bearing capacity for such high currents
  • the connector system 1 and the EMC filter element 20 can also be set up for operation with high voltages, e.g. Voltages of at least 40V, preferably of at least 100V, particularly preferably of at least 200V or at least 400V and very particularly preferably of at least 500V. It can be provided that voltages of up to 1000V can be applied to the connector system 1 in an operationally reliable manner. For this purpose, all electrically functional elements are separated from one another by sufficient spacing or insulation so that sufficient
  • the connector system 1 has at least one electrical conductor 5, which is formed, for example, as a busbar or pin or contact blade, for connecting to the electrical or electronic component 70 different from the EMC filter element 20 and the mating connector 50 encloses the at least one electrical conductor 5 along a circumferential direction U the at least one electrical conductor 5 around an enclosing angle of at most 270 °.
  • the electrical conductor 5 is identical to the contact element 3. In an alternative embodiment (see e.g. FIG. 2a), however, it is possible that the electrical conductor 5 is an element different from the contact element 3. This initially separate element (the electrical conductor 5) is electrically connected to the contact element 3 during an assembly process, so that the electrical conductor 5 and the contact element 3 are electrically connected to one another in the finished connector system 1.
  • the connector system 1 can preferably be used for direct current.
  • two contact elements 3 or electrical conductors 5 can be provided or set up or used.
  • Either one EMC filter element 20 per contact element 3 or electrical conductor 5 can then be provided.
  • both contact elements 3 or electrical conductors 5 are electrically connected to an EMC filter element 20 and are suppressed together.
  • the connector system 1 can e.g. be set up for a three-phase or more than three-phase alternating current.
  • a contact element 3 or an electrical conductor 5 can be provided for each phase.
  • each contact element 3 or each electrical conductor 5 can be connected to its own EMC filter element 20.
  • several of the contact elements 3 or electrical conductors 5 can also be electrically connected to an EMC filter element 20 and suppressed by this EMC filter element 20.
  • the circuit carrier 22 is designed as a printed circuit board with a main plane P of extent.
  • the circuit carrier 22 and thus the EMC filter element 20 is arranged on the electrical conductor 5 and thus on the contact element 3 in FIG. 1 and the main extension plane P is parallel to the electrical conductor 5 or the
  • Plug connector system 1 of flat construction that is to say: the circuit carrier 22 in FIG. 1 preferably does not protrude perpendicular to the insertion direction E beyond the maximum outer contour of the housing 2. If the electrical conductor 5 or the contact element 3 were designed as a flat busbar, an encircling angle around the direction of rotation U of approximately 90 ° would thus be provided. If the circuit carrier 22, for example designed as a printed circuit board, were to encompass the contact element 3, for example designed as a busbar, laterally in the manner of an inverted "U", an enclosure angle of approximately 270 ° would exist (depending on the aspect ratio of the cross section of the contact element 3).
  • the connector system 1 can be fitted with the E MV filter element 20 in a particularly simple manner.
  • the EMC filter element 20 can e.g. as an injection molded part with the contact element 3 as an insert after
  • Injection molding process can be used without problems in a recess kept free for the EMC filter element 20.
  • a one-piece connector system 1 can be realized which cannot be broken down into its individual parts without being destroyed.
  • the circuit carrier 22 is in Figure 1 electrically directly or directly to the
  • the circuit carrier 22 can be directly electrically connected to each contact element 3.
  • “direct” and “directly” are to be understood as meaning that between the circuit carrier 22 and the contact element 3 at most a short electrical connection means such as e.g. a bonding wire or a rivet or a screw or a soldered connection or the like is provided for establishing the electrical connection with which the circuit carrier 22 or the EMC filter element 20 is electrically connected to the contact element 3.
  • This connecting means should not exceed a length of 3 cm, preferably not exceed a length of 1.5 cm and very particularly preferably not exceed a length of 0.75 cm.
  • the EMC filter element 20 is fixed on or in the housing 2 or attached or
  • the EMC filter element 20 can be arranged completely inside the housing 2, either by extrusion coating, or by an arrangement in an interior space provided for the EMC filter element 20. However, it is also possible that the EMC filter element 20 e.g. is only partially enclosed by the housing 2.
  • the EMC filter element 20 can be inserted into a recess in the housing 2. It can then be fixed on the housing 2, for example clipped on, by a Screw connection or an adhesive connection.
  • a detachable connection (for example by clipping on or screwing on) has the advantageous effect that the EMC filter element 20 can be exchanged in a simple manner depending on the application or for maintenance purposes. In this way, with one and the same connector (consisting of housing 2 and contact element 3), a modular, expandable connector system 1 (connector with E MV filter system) can be designed.
  • the connector system 1 of FIG. 1 has a thermally conductive element 30.
  • the thermally conductive element 30 may e.g. have a thermal conductivity of at least 4 W / (m * K). It can e.g. be designed to be completely or at least partially electrically insulating. It can e.g. be designed from a ceramic material or from a metal with an electrically insulating barrier layer.
  • the thermally conductive element 30 is coupled to the EMC filter element 20 in a thermally conductive manner by a first section 32.
  • the thermally conductive element 30 has a second section 34 which is different from the first section 32 and which is set up for coupling to a thermal sink 82.
  • the thermal sink 82 is e.g. formed by a portion of the component housing 80.
  • the thermal sink 82 can e.g. be made of metal and / or have cooling fins which are directed outwards. In this way the operating temperature of the E MV filter element 20 can be kept within acceptable limits, e.g. at less than 120 ° C. or less than 90 ° C. or even less than 70 ° C. and this even when high currents flow in the connector system 1 and the contact elements 3 have a significantly higher temperature.
  • a thermal insulating element 6 designed as a separate element is arranged between the circuit carrier 20 and each of the electrical conductors 3 or each of the contact elements 5.
  • This thermal insulating element 6 can e.g. be designed as insulating paper. It can e.g. have a thermal conductivity of less than 0.1 W / (m * K).
  • the contact element 3 or the electrical conductor 5 is heated, e.g. high currents, the heat transfer to the EMC filter element 20 is reduced or minimized. This brings about a lower operating temperature of the EMC filter element 20.
  • Thermal insulating element 6 and thermally conductive element 30 can both be provided together in or on the connector system 1, as in FIG. 1. It is however, it is also possible to provide a connector system 1 which has only one of the two elements 6, 30 or none of the two elements 6, 30.
  • a flux concentrator 40 or a flux guide piece 40 is also provided in the connector system 1 of FIG. 1.
  • the flux concentrator 40 rotates around the electrical conductor 5 or the contact element 3 along the direction of rotation U at least along a rotation angle of 270 °.
  • the flow concentrator 40 can e.g. made of a magnetically highly permeable material such as Soft iron be designed. Due to its material properties and / or its geometrical shape, it can concentrate the magnetic flux of a magnetic field acting on it and thus intensify it and thus forward this magnetic flux to a desired, predefined location in a targeted manner.
  • a magnetically highly permeable material such as Soft iron be designed. Due to its material properties and / or its geometrical shape, it can concentrate the magnetic flux of a magnetic field acting on it and thus intensify it and thus forward this magnetic flux to a desired, predefined location in a targeted manner.
  • each contact element 3 or each electrical conductor 5 a separate flux concentrator 40.
  • the flux concentrator 40 can be used to enable a non-contact current measurement, namely the electrical current in that contact element 3 or electrical conductor 5, which through the Flow concentrator 40 is enclosed.
  • the flow concentrator 40 can have a slot 42 such that the flow concentrator 40 is not closed in an annular manner at all locations (see e.g. Fig. 5b).
  • the slot 42 can be designed for introducing a magnetic field sensor 48.
  • the magnetic field sensor 48 can e.g. be set up as a Hall sensor 49.
  • a magnetic field sensor 48 e.g. a Hall sensor 49 is arranged.
  • the mating connector 50 has a mating contact element 53 which, in the plugged together state, can be contacted with the contact element 3 of the connector system 1.
  • the mating connector 50 also has a
  • Mating connector housing 52 which is designed for example from plastic or comprises plastic.
  • This mating connector housing 52 is designed cup-shaped here at its end facing the connector system 1 and is designed to be complementary to the cup-shaped section of the housing 2 of the connector system 1.
  • this is Counter-contact element 53 is electrically connected to a connecting line 54, for example via a crimp connection.
  • the connection line 54 has an inner conductor 51, viewed from the inside out, which is surrounded by an inner insulation 55.
  • the inner insulation 55 is surrounded by a counter-shield conductor 57, which is designed, for example, as an electrically conductive braided shield.
  • the opposite shield conductor 57 is surrounded on the very outside by external insulation 58.
  • the connector system 1 of FIG. 1 has a shield conductor 7. This
  • Shield conductor 7 is set up for connection to the counter shield conductor 57 of the
  • Shield conductor 7 conceivable.
  • the EMC filter element 20 is connected to the shield conductor 7
  • a ground connection 27 of the E MV filter element 20 can be connected to the shield conductor 7.
  • Connector system 1 up to component 70 has continuous shielding and thus an entry of electromagnetic radiation into the electrical line and / or an exit of electromagnetic radiation from the electrical line is kept as low as possible. In principle, however, a connector system 1 without a shield conductor 7 is also conceivable.
  • the connector system 1 according to FIG. 1 thus has, in addition to the current conducting function, the connection function and the interference suppression function, also a heat dissipation function, a heat protection function, a current measurement function and an EMC shielding function.
  • the interference suppression function can e.g. be modularly adapted to the interference suppression needs by suitable choice of the E MV filter element 20. As a result, a highly integrated, modular, multifunctional plug connector system 1 can be provided which can be produced easily and inexpensively.
  • FIG. 2 shows a perspective view obliquely from above of an embodiment of a connector system 1.
  • a connector system 1 For orientation purposes, an xyz coordinate system is shown, with x being the longitudinal direction, y being the width direction and z being the
  • the connector system 1 has a
  • Contact elements 3 which are designed, for example, as a contact knife. It can be, for example, a connector system 1 for the transmission of direct current with high Trade current strength (> 10A) and high voltage (> 40V). In principle, the connector system 1 would also be conceivable with only one contact element 3 or with more than two contact elements (for example three or more contact elements 3 for multiphase
  • each of the two electrical conductors 5 is at one end by a screw connection with one
  • each electrical conductor 5 is electrically and mechanically connected by a further connecting screw 18 to one electrical connection 72 each of the component 70, with others as well
  • Each of the two electrical conductors 5 has a U-shaped shape along its elongated extent along the insertion direction E (here also correspondingly to the x direction)
  • the deepest part of the lowering represents an arrangement section or a mounting section M for the EMC filter element 20.
  • the EMC filter element 20 is electrically connected directly to the two electrical conductors 5 by means of two fastening means 29 embodied here as screws and - in this embodiment - also mechanically connected.
  • the mounting section M of the electrical conductors 5 runs essentially parallel to the component housing 80 of the electrical component 70.
  • the mounting section M of the two electrical conductors 5 is coupled to the component housing 80 in a thermally conductive manner.
  • the mounting section M of the two electrical conductors 5 in FIG. 2 renders a separate thermally conductive element 30 superfluous. Rather, the cooling of the EMC filter element 20 is brought about by the thermal proximity and thermal coupling of the assembly section M of the electrical conductors 5 to the component housing 80.
  • the component housing 80 acts in the coupling surface to the mounting section M as a thermal sink 82
  • Component housing 80 can e.g. be made of metal. To avoid an electrical short circuit between component housing 80 and mounting section M, e.g. an element between the two component housings 80 and
  • Mounting section M be arranged, which has good thermal conductivity properties, but has an electrically insulating effect.
  • the EMC filter element 20 is electrically connected by means of its ground connection 27 to the component housing 80, which is at ground potential (“GND”, 0V).
  • Figure 3a shows a perspective view obliquely from above to another
  • Embodiment of a connector system 1 An xyz coordinate system is again drawn in for orientation.
  • the connector system 1 also has two contact elements 3 here, e.g. are largely encapsulated as inserts from the housing 2.
  • the contact elements 3 simultaneously represent the electrical conductors 5.
  • they are designed for electrical contact to a component 70 not shown here (e.g. inverter, control unit, etc.).
  • the EMC filter element 20 is inserted into a recess in the housing 2 and arranged or placed directly on the two contact elements 3.
  • the circuit carrier 22 designed as a multi-layer printed circuit board has two fastening openings 28 which also serve for direct electrical contact with the contact elements 3.
  • the circuit carrier 22 can e.g.
  • the EMC filter element 20 is again very close to the free ends of the which are arranged in the cup-shaped section of the housing 2 and are not visible here
  • the EMC filter element 20 is with the
  • the aspect ratio is here, for example approximately 3: 2: 1 to 4: 2: 1 (length (x): width (y): height (z)), the EMC filter element 20 with all of its components 24 here having a height that is less than that Height which is caused by the cup-like section of the housing 2 or the collar 8 and here is only about 50% to 75% of this height.
  • the ground connection 27 of the E MV filter element 27 is e.g. Can be connected to a ground potential ("GND”), e.g. to a grounded component housing 80 (not shown here).
  • GND ground potential
  • the housing 2 has a collar 8 on its cup-like section facing the mating connector 50, not shown here.
  • the collar 8 has a plurality of fastening openings 9.
  • the collar 8 has a seal 10 on its side facing the further end 14 of the contact elements 3.
  • Mounting opening of the component 70 are mounted.
  • Figure 3b shows a perspective view obliquely from below of the
  • Connector system 1 from Fig. 3a The figure shows that the EMC filter element 20 or its circuit carrier 22 is arranged approximately on a central plane along the - in contrast to the connector system from FIG. 2 - non-bent electrical conductor 5, ie approximately symmetrically to the xy plane. It can be seen that the circuit carrier 22 is also equipped with at least one component 24 on its rear side or underside. The two-sided structure of the circuit carrier 22 and a recess in the housing 2 through which the rear-mounted component 24 protrudes ensures that the EMC filter element 20, despite its arrangement approximately on the xy plane, does not or only insignificantly over the outer contour of the housing 2 or its cup-like section protrudes.
  • the EMC filter element 20 is connected on the back of its circuit carrier 22 to a shield conductor 7, which can be connected in the cup-like section of the housing 2 to a counter shield conductor 57 of a mating connector 50, not shown here.
  • FIG. 4 shows a cross section through a connector system 1 which is similar to that from FIGS. 3a and 3b, but here has a separately designed thermally conductive element 30 which is not identical to the contact element 3 or the electrical conductor 5. Furthermore, here is an example of a screw executed fastening means 29, with which the EMC filter element 20 is electrically connected to the contact elements 3 and is fastened to the housing 2.
  • a thermal insulating element 6 is arranged between the EMC filter element 20 and the contact element 3 cut here.
  • the thermally conductive element 30 is thermally conductively coupled with its first section 32 to the EMC filter element 32 by means of the fastening means 29 and with its second section 34 facing away from the first section 32 to a thermal sink 82.
  • This can e.g. be formed by the component housing 80 or a heat sink with ribs.
  • Figure 5a shows a cross section through a connector system 1 similar to that of Figures 3a and 3b.
  • this connector system 1 also has a flux concentrator 40.
  • an embodiment with only a flux concentrator 40 and without a thermally conductive element 30 and / or without a thermal insulating element 6 can also be provided.
  • the flux concentrator 40 here encloses one of the two contact elements 3 or both contact elements 3.
  • FIG. 5b shows a plan view of the flow concentrator 40 from FIG. 5a. It can be seen that the flow concentrator 40 has a gap 42 into which a
  • Magnetic field sensor 48 can be inserted.
  • a magnetic field sensor designed as a Hall sensor 49 is inserted into the slot 42.
  • the magnetic field sensor 48 can be connected to an evaluation unit, e.g. a control device, so that a current intensity flowing in the contact element 3 or the electrical conductor 5 or in the contact elements 3 or in the electrical conductors 5 can be determined from the detected magnetic field signals.
  • connector system 1 is not limited to use in motor vehicles.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem (1) zum Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung (E) mit einem Gegensteckverbinder (50). Das Steckverbindersystem (1) weist ein Gehäuse (2), wenigstens ein Kontaktelement (3) mit einem freien Ende (4) und ein EMV-Filterelement (20) auf. Das EMV-Filterelement (20) weist einen Schaltungsträger (22) und wenigstens ein auf dem Schaltungsträger (22) angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement (24) auf. Das EMV-Filterelement (20) ist elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktelement (3) verbunden, wobei das EMV-Filterelement (20) in einem Abstand (D) von nicht mehr als 20cm, bevorzugt nicht mehr als 10cm von dem freien Ende (4) des Kontaktelements (3) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Steckverbindersystem
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, z.B. für Kraftfahrzeug-Anwendungen, ist bekannt, dass elektrische oder elektronische Komponenten für den Betrieb mit Strom versorgt werden müssen. Derartige Komponenten können z.B. ein Inverter, ein Elektromotor, eine Batterie, ein Steuergerät, ein Sensor, ein Ladegerät, etc. sein. Dabei spielt häufig die sogenannte „elektromagnetische Verträglichkeit“ (EMV) eine große Rolle. Die EMV bezeichnet dabei die Fähigkeit eines technischen Geräts, andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden.
Um die EMV zu verbessern und daher elektromagnetische Strahlenquellen einzudämmen und elektrische und/oder elektronische Bauelemente in diesen Komponenten vor dieser elektromagnetischen Strahlung zu schützen, kann eine Schirmung der Komponenten vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Gehäuse der Komponente (z.B. ein
Steuergerätgehäuse, Motorgehäuse, Ladegerätgehäuse, etc.) durch Metalleinlagen oder gar durch die Ausbildung als Metallgehäuse die Schirmung bewirken.
Innerhalb der Komponente wird die EMV verbessert, indem in den zur Komponente zugehörigen Schaltkreisen eine nachgeschaltete einfache oder mehrfache EMV- Filterstufe, also ein EMV-Filterelement, die Emission reduziert. Ein derartiges EMV- Filterelement kann z.B. einen oder mehrere Kondensatoren und Widerstände aufweisen.
Die oben beschriebenen Komponenten können als Schnittstelle zu einer externen
Spannungs- oder Signalquelle mit einem Ende eines Steckverbinders bzw. mit einem im Steckverbinder vorgesehenen Kontaktelement verbunden sein. Dieser Steckverbinder kann z.B. in das Komponentengehäuse integriert sein.
Der Steckverbinder kann ein Gehäuse aufweisen, welches eine mechanische Schnittstelle zum Zusammenstecken mit einem Gegensteckverbinder darstellt. Wenn der
Steckverbinder mit einem passenden Gegensteckverbinder zusammengesteckt ist, wobei ein anderes Ende (ein freies Ende) des Kontaktelements mit einem Gegensteckverbinder- Kontaktelement verbunden wird, kann die Komponente mit Spannung, Strom und/oder (Strom)Signalen versorgt werden oder (Strom)Signale ausgeben.
Aus der EP 0 268 770 Al ist ein Gleichstrom- Kommutatormotor bekannt, der ein EMV- Filterelement aufweist.
Aus der DE 10 2016 211 387 Al ist eine in einem elektrisch betriebenen oder
hybridbetriebenen Kraftfahrzeug verbaute Ladevorrichtung bekannt, wobei die
Ladevorrichtung ein EMV-Filterelement aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass es trotz aller Sorgfalt Vorkommen kann, dass unerwünschte elektromagnetische Störstrahlung über den Gegensteckverbinder und den Steckverbinder auf die Komponente bzw. in das Innere des Komponentengehäuses übertragen wird. Infolge dessen sind möglicherweise innerhalb der Komponente zusätzliche Schirmungsmaßnahmen notwendig oder das EMV-Filterelement der
Komponente muss besonders stark ausgelegt werden. Dies kann auch bei einer guten Schirmung des Gegensteckverbinders und der daran angeschlossenen Leitung notwendig sein.
Weiterhin geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, dass die Abmessungen der Komponenten (z.B. Inverter, Motoren, Steuergeräte, Sensoren, etc.) immer kleiner werden sollen, um z.B. in einem Kraftfahrzeug Platz für weitere Komponenten zu schaffen oder den Fahrgastraum zu vergrößern. Das Vorsehen eines E MV- Filterelements in den Komponenten erfordert jedoch einen Mehrbedarf an Platz, vor allem, wenn das EMV- Filterelement als eine modulare Baugruppe ausgebildet sein soll. Denn diese muss innerhalb der Komponente angebracht werden, was längere Leitungen erfordert. Auch nimmt der Montageaufwand zu, da innerhalb der Komponente mehr Teile zu verbauen sind. Der elektrische Gesamtwiderstand kann wegen einer Erhöhung der Anzahl von Kontaktpunkten ebenfalls zunehmen. Schließlich kann es - gerade bei Komponenten im Hochstrombereich - zu einer starken Erwärmung kommen. Gerade bei beengten
Raumverhältnissen können dann die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile bzw. Bauelemente des E MV- Filterelements der Komponente überhitzen und es kann zu einer verkürzten Lebensdauer des EMV-Filterelements kommen.
Schließlich geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, dass jede Komponente ein eigenes EMV-Filterelement aufweisen kann, wobei die Qualität der EMV-Filtermodule bzw. EMV- Filterelemente stark unterschiedlich sein kann bzw. sich im Laufe der Betriebszeit verschlechtern kann. Dadurch kann beim Zusammenspiel mehrerer Komponenten (z.B. in einem Kraftfahrzeug ein Inverter, ein Elektromotor, eine Batterie, ein Steuergerät, etc.) eine Komponente mit mangelhaftem EMV-Filterelement über die Verbindungsleitungen elektromagnetische Störsignale an die mit ihr zusammengeschalteten Komponenten übertragen.
Es kann daher ein Bedarf bestehen, die Entstörung möglichst kostengünstig, wenig komplex aufgebaut mit wenigen Bauteilen, einfach austauschbar und in der Art eines einheitlichen, modularen Konzepts bereitzustellen. Ebenso kann ein Bedarf bestehen, das Temperaturniveau für das EMV-Filterelement zu begrenzen.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Steckverbindersystem zum
Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung mit einem Gegensteckverbinder vorgeschlagen. Das Steckverbindersystem weist ein Gehäuse, wenigstens ein
Kontaktelement mit einem freien Ende sowie ein EMV-Filterelement auf (EMV bedeutet hierbei„Elektromagnetische Verträglichkeit“). Dabei kann das Gehäuse mit dem
Kontaktelement als Steckverbinder bezeichnet werden. Der Steckverbinder zusammen mit dem EMV-Filterelement ist dann das Steckverbindersystem. Das EMV-Filterelement weist einen Schaltungsträger und wenigstens ein auf dem Schaltungsträger angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement bzw. Bauteil auf. Das EMV-Filterelement ist elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktelement verbunden. Das EMV-Filterelement ist sehr nahe an dem freien Ende des Kontaktelements bzw. zu der Kontaktstelle mit dem Gegenkontaktelement angeordnet bzw. sehr nahe zu einer Einstecköffnung des
Gehäuses für den Gegensteckverbinder. Das EMV-Filterelement ist dabei in einem Abstand von nicht mehr als 20cm, bevorzugt nicht mehr als 10cm, besonders bevorzugt nicht mehr als 5cm und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 2cm von dem freien Ende des Kontaktelements bzw. der Kontaktstelle mit dem Gegenkontaktelement bzw. der Einstecköffnung des Gehäuses für den Gegensteckverbinder angeordnet. Das Steckverbindersystem kann bevorzugt für den Betrieb bei hohen Strömen im Bereich von 10A bis 1200A eingerichtet sein, besonders bevorzugt für den Betrieb bei Strömen größer als 50A und ganz besonders bevorzugt für den Betrieb bei Strömen größer als 100A, z.B. von mehr als 200A oder sogar mehr als 400A. Mit anderen Worten: das EMV-Filterelement wird nahe der Kontaktstelle mit dem
Gegensteckverbinder-Kontaktelement in das Steckverbindersystem integriert. Das EMV- Filterelement kann dabei unmittelbar bzw. direkt in das Steckverbindersystem integriert sein.
Durch den geringen Abstand des E MV- Filterelements zu dem freien Ende des
Kontaktelements bzw. zur Kontaktstelle mit dem Gegenkontaktelement bzw. zur
Einstecköffnung und damit - im mit dem Gegenstecker zusammengesteckten Zustand - auch zu dem Gegenstecker wird vorteilhaft die EMV-Fähigkeit des Steckverbindersystems verbessert. Auch die EMV-Fähigkeit einer an das Steckverbindersystem angebundenen Komponente wird dadurch verbessert. Derartige Komponenten können z.B. ein Inverter, ein Elektromotor, ein Generator, eine Batterie, ein Steuergerät, ein Sensor, etc. sein.
Denn das EMV-Filterelement befindet sich sehr nahe an der Kontaktstelle zu dem
Gegensteckverbinder. Dadurch wird bereits unmittelbar benachbart zu dieser
Kontaktstelle ein möglicher Eintrag von unerwünschten Störsignalen (z.B. hochfrequente elektrische oder magnetische Strahlungen) durch das EMV-Filterelement verhindert. Mit anderen Worten: die Entstörung ist in das Steckverbindersystem integriert und nicht erst in der daran angeschlossenen Komponente.
Weiterhin vorteilhaft wird der Platzbedarf bzw. der Formfaktor des entstörten
Steckverbindersystems deutlich reduziert. Dies ist z.B. bei Hochstrom-Steckverbindungen ein großer Vorteil, da bereits der Steckverbinder (Gehäuse und Kontaktelement) relativ viel Platz einnehmen kann und ein separates EMV-Filterelement zusätzlichen Platzbedarf erfordert. Die Integration des E MV- Filterelements in den Steckverbinder und damit die Ausbildung eines Steckverbindersystems ermöglicht somit eine besonders kompakte Bauform des Steckverbinders bzw. des Steckverbindersystems.
Weiterhin vorteilhaft können Kosten und Gewicht eingespart werden. Denn durch das Vorsehen des EMV-Filterelements im Steckverbindersystem können z.B. die
Stromschienen bzw. Leitungen in einer mit dem Steckverbindersystem zu verbindenden Komponente kurz gehalten werden - denn dort muss nun kein EMV-Filterelement mehr verbaut werden. Beispielsweise bei Hochstromverbindungen sind große
Leitungsquerschnitte notwendig, z.B. von 4mm2 bis hin zu 200mm2 oder sogar bis hin zu 400mm2. Durch kurze Leitungen mit derartigen Querschnitten kann daher eine Menge Material einsparen - dementsprechend können Materialkosten und Gewicht eingespart werden. Weiterhin vorteilhaft können Montageschritte beim Zusammenbau der mit dem
Steckverbindersystem zu verbindenden Komponenten (z.B. Inverter, Elektromotoren, etc.) sowie Verbindungsmittel (z.B. Schrauben, Nieten, etc.) eingespart werden. Denn das EMV-Filterelement muss nun nicht mehr in oder an der Komponente montiert werden, da bereits das Steckverbindersystem das Entstörsystem in Gestalt des E MV- Filterelements bereitstellt. Insgesamt werden vorteilhaft weniger Einzelbauteile benötigt, was eine Reduktion der Komplexität bei der Montage der mit dem Steckverbindersystem zu verbindenden Komponenten und auch des Steckverbindersystems selber bedeutet.
Dadurch wird eine fehlerunanfälligere bzw. robustere Konstruktion geschaffen.
Weiterhin vorteilhaft kann die Funktion des E MV- Filterelements auf einer geringeren Wertschöpfungsstufe erfolgen, nämlich direkt nach Herstellung des
Steckverbindersystems. So kann einfach und kostengünstig gewährleistet werden, dass nur funktionsfähige und entstörte Steckverbindersystem verbaut werden. Ein Entstörtest bzw. EMV-Test der mit dem Steckverbindersystem verbundenen Komponente kann somit entfallen oder einfacher durchgeführt werden.
Weiterhin kann vorteilhaft durch die Anordnung des EMV-Filterelements in der Nähe des freien Endes des Kontaktelements bzw. durch die Integration des EMV-Filterelements in das Steckverbindersystem bewirkt werden, dass der Übergangswiderstand auf dem elektrischen Pfad vom Gegensteckverbinder über das Steckverbindersystem zu der mit dem Steckverbindersystem verbundenen Komponente verringert wird. Denn durch die Integration des EMV-Filterelements in das Steckverbindersystem können Kontaktpunkte und damit Übergangswiderstände verschiedener Stromleiter eingespart werden. Damit sinkt vorteilhaft auch der Gesamtwiderstand.
Schließlich kann durch das Vorsehen des EMV-Filterelements im bzw. am bzw. auf dem Steckverbindersystem vorteilhaft eine hohe, standardisierte Qualität des EMV- Filterelements gewährleistet werden. Je nach gewünschter Entstörungsqualität können EMV-Filterelemente verwendet werden, die anwendungsspezifisch unterschiedliche Frequenzbänder ausfiltern und/oder die eine anwendungsspezifisch unterschiedlich starke Dämpfung der unerwünschten Frequenzen bewirken. Damit kann das
Entstörkonzept für die unterschiedlichsten Komponenten kostengünstig auf das
Steckverbindersystem verlagert werden.
Das Steckverbindersystem kann bevorzugt zur Verwendung im Gleichstrombetrieb vorgesehen sein, insbesondere bei hohen Strömen, wie sie z.B. in der Elektromobilität oder bei Hybrid- Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Jedoch ist auch eine
Verwendung im Wechselstrombetrieb mit zwei oder drei oder mehr Phasen möglich.
Das Gehäuse des Steckverbindersystems kann z.B. elektrisch isolierend ausgebildet sein. Es kann z.B. aus Kunststoff gefertigt sein. Das Gehäuse kann auf einer dem
Gegensteckverbinder zugewandten Seite einen becherartigen Abschnitt aufweisen, wobei das wenigstens eine Kontaktelement mit seinem freien Ende in diesen becherartigen Abschnitt hineinragt. Das Gehäuse kann als Spritzgussteil gefertigt sein. Es kann z.B. einstückig ausgebildet sein oder aus z.B. zwei oder drei Gehäuseteilen zusammengesetzt sein (z.B. durch Clips- oder Schraubverbindungen oder dergleichen). Dabei kann das wenigstens eine Kontaktelement beim Spritzgussprozess als Einlegeteil in der
Spritzgussform bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann z.B. bewirkt werden, dass das Kontaktelement den Boden des z.B. becherartigen Aufnahmeabschnitts für den Gegenstecker durchgreift bzw. durch diesen hindurchragt und dieser Durchgang des Kontaktelements dennoch mediendicht ausgeführt ist. Im Durchgangsabschnitt kann das Kontaktelement an seiner Außenseite eine Profilierung, z.B. eine Hakenstruktur oder eine Sägezahnstruktur, aufweisen, die einen besseren Halt im Material des Gehäuses bewirkt.
Das Kontaktelement kann z.B. als Pin mit rechteckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet sein oder als Kontaktmesser. Der Querschnitt des Kontaktelements kann z.B. für die Verwendung bei hohen Strömen ausgelegt sein und z.B. mehr als 4 mm2 betragen. Der Querschnitt kann z.B. 10mm2 oder 50mm2 oder 100mm2 oder sogar bis zu 200mm2 betragen. Auch 400mm2 sind möglich. Das Kontaktelement kann elektrisch gut leitend ausgebildet sein und z.B. aus einem Metall gestaltet sein, z.B. Kupfer oder einer
Kupferlegierung. Es kann ausgebildet sein, um zumindest an einem Ende, seinem freien Ende, mit einem Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinders mechanisch und elektrisch kontaktiert zu werden. Das Kontaktelement ist mit seinem freien Ende dem Gegensteckverbinder zugewandt. Das Kontaktelement kann beispielsweise zumindest abschnittsweise im Inneren des Gehäuses angeordnet sein, z.B. im Innern des
becherartigen Aufnahmeabschnitts. Es kann auch auf der von dem Aufnahmeabschnitt abgewandten Seite abschnittsweise oder nahezu vollständig (z.B. zu mehr als 90%) im Innern des Gehäuses verlaufen bzw. angeordnet sein, z.B. indem es umspritzt ist. Es kann auch derart im bzw. am Gehäuse angeordnet sein, dass es mit einer seiner Flächen bündig mit dem Gehäuse abschließt. Das Kontaktelement kann an seinem freien Ende auch in der Art eines Lamellenkäfigs ausgebildet sein, in den das Gegenkontaktelement eingesteckt wird. Der Begriff„freies Ende“ ist dahingehend zu verstehen, dass im Bereich dieses Endes der elektrische Kontakt mit dem Gegenkontakt hergestellt wird. Das EMV-Filterelement ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Störungen, die in das Steckverbindersystem eingetragen werden, zu filtern bzw. unschädlich zu machen, das Steckverbindersystem also zu entstören. Der Schaltungsträger kann z.B. als Leiterplatte ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine ein- oder mehrlagige Leiterplatte aus FR4- Material oder besser verwendet werden. Ebenso ist es möglich, beispielsweise ein Stanzgitter als Schaltungsträger zu verwenden. Das wenigstens eine auf dem
Schaltungsträger angeordnete elektrische bzw. elektronische Bauteil bzw. Bauelement kann z.B. als Kondensator oder als Widerstand oder als Spule oder als
(Überspannungs)Diode, etc. ausgebildet sein. Auch kleine integrierte Schaltkreise können vorgesehen sein. Das wenigstens eine elektrische oder elektronische Bauelement kann für hohe Ströme von mehr als 10A oder mehr als 50A oder mehr als 100A ausgebildet sein.
Das Steckverbindersystem kann eine Schirmung aufweisen. Beispielsweise kann die Schirmung in das Gehäuse integriert sein oder um das Gehäuse herum angeordnet sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass vom Steckverbindersystem unerwünschte elektromagnetische Strahlung an die Umgebung abgegeben wird, sei es auf der dem Gegensteckverbinder zugewandten Seite, sei es auf der Seite des
Steckverbindersystems, an welche die Komponente angeschlossen werden kann. Diese Schirmung kann z.B. durch Schirmbleche ausgebildet sein.
Ebenso kann das Steckverbindersystem einen Masseanschluss aufweisen. Dadurch kann das Steckverbindersystem, z.B. mit der Schirmung, auf ein z.B. mit dem
Gegensteckverbinder und/oder mit der Komponente gemeinsames, definiertes
elektrisches Potenzial gelegt werden. Dieser Masseanschluss kann als Erdung ausgeführt sein, es kann jedoch auch ein anderes vorgegebenes, definiertes elektrisches Potenzial sein.
Grundsätzlich können bei einer Mehrzahl von Kontaktelementen auch mehrere EMV- Filterelemente vorgesehen sein, z.B. für jedes Kontaktelement ein EMV-Filterelement.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Steckverbindersystem wenigstens einen elektrischen Leiter zum Verbinden mit einer vom EMV-Filterelement und vom Gegensteckverbinder verschiedenen elektrischen oder elektronischen Komponente (z.B. ein Inverter, ein Motor, ein Generator, eine Batterie, ein Sensor, etc.) aufweist. Der Schaltungsträger umschließt den wenigstens einen elektrische Leiter entlang einer Umlaufrichtung um den wenigstens einen elektrischen Leiter herum um höchstens 270°. Dabei ist der wenigstens eine elektrische Leiter von dem Kontaktelement verschieden und mit dem wenigstens einen Kontaktelement elektrisch verbunden.
Mit anderen Worten: das wenigstens eine Kontaktelement wird nicht vollständig bzw. umlaufend von dem Schaltungsträger umschlossen. Das wenigstens eine Kontaktelement durchdringt den Schaltungsträger nicht bzw. durchgreift ihn nicht. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung bzw. Montage des
Steckverbindersystems bewirkt. Denn der Schaltungsträger kann z.B. einfach mittelbar oder unmittelbar auf den wenigstens einen elektrischen Leiter aufgesetzt und elektrisch mit diesem verbunden werden. Auch kann der Schaltungsträger dadurch besonders einfach gefertigt werden, da keine Durchführung bzw. keine Öffnung zum Durchstecken des wenigstens einen Leiters vorgesehen werden muss.
Dadurch, dass der wenigstens eine Leiter von dem wenigstens einen Kontaktelement verschieden ist kann das Steckverbindersystem vorteilhaft eine besonders große konstruktionstechnische Flexibilität erhalten. So kann z.B. ein einfaches, z.B.
standardisiertes und/oder kurzes, Kontaktelement im Steckverbindersystem vorgesehen sein. Dieses kann auf seiner von dem freien Ende abgewandten Seite einen Anschluss an den elektrischen Leiter aufweisen. Der elektrische Leiter wiederum kann verschiedene geometrische Formen annehmen, um so den Anschluss an die Komponente (z.B. das Steuergerät) zu bewirken. Er kann dafür z.B. Biegungen oder Knicke aufweisen, um Höhen- oder Längenunterschiede auszugleichen. Auch kann er z.B. mit einer u-förmigen Form ausgebildet sein, um im unteren Teil der u-Form das EMV-Filterelement
aufzunehmen. Dieses ragt dann nicht zu stark nach oben über das Niveau des
Kontaktelements hinaus. Auch kann auf diese Weise z.B. eine thermische Anbindung an das Komponentengehäuse erleichtert werden.
Bei mehr als einem Kontaktelement und mehr als einem elektrischen Leiter kann jedes Kontaktelement mit genau einem elektrischen Leiter elektrisch verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass an einem elektrischen Leiter mehrere Kontaktelemente
angeschlossen sind.
In diesem Fall kann das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger mechanisch mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter verbunden sein. Elektrisch ist das EMV- Filterelement hierbei beispielsweise direkt mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter und mittelbar über den elektrischen Leiter mit dem Kontaktelement verbunden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger mechanisch mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter verbunden ist, elektrisch aber unmittelbar bzw. direkt mit dem wenigstens einen Kontaktelement. In diesem Fall kann der wenigstens eine elektrische Leiter z.B. für eine Formanpassung sorgen, so dass das EMV-Filterelement nicht über eine vorgegebene Außenkontur hinausragt.
Ein (kurzes) elektrisches Verbindungsmittel wie z.B. ein Bonddraht oder eine Niete oder eine Schraube oder eine Lötverbindung, mit dem der Schaltungsträger bzw. das EMV- Filterelement an den wenigstens einen Leiter bzw. an das Kontaktelement elektrisch angeschlossen ist soll hierbei dem Ausdruck„unmittelbar elektrisch mit dem elektrischen Leiter/dem Kontaktelement verbunden“ nicht im Wege stehen.
Grundsätzlich können bei einer Mehrzahl von elektrischen Leitern auch mehrere EMV- Filterelemente vorgesehen sein, z.B. für jeden elektrischen Leiter ein EMV-Filterelement.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Steckverbindersystem wenigstens einen elektrischen Leiter zum Verbinden mit einer vom EMV-Filterelement und vom
Gegensteckverbinder verschiedenen elektrischen oder elektronischen Komponente (z.B. ein Inverter, ein Motor, ein Generator, eine Batterie, ein Sensor, etc.) aufweist. Der Schaltungsträger umschließt den wenigstens einen elektrische Leiter entlang einer Umlaufrichtung um den wenigstens einen elektrischen Leiter herum um höchstens 270°. Dabei ist der wenigstens eine elektrische Leiter das wenigstens eine Kontaktelement. Anders ausgedrückt: das Kontaktelement ist hierbei identisch mit dem elektrischen Leiter.
Mit anderen Worten: das wenigstens eine Kontaktelement wird nicht vollständig bzw. umlaufend von dem Schaltungsträger umschlossen. Das wenigstens eine Kontaktelement durchdringt den Schaltungsträger nicht bzw. durchgreift ihn nicht. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung bzw. Montage des
Steckverbindersystems bewirkt. Denn der Schaltungsträger kann einfach mittelbar oder unmittelbar auf den wenigstens einen elektrischen Leiter aufgesetzt und elektrisch mit diesem verbunden werden. Auch kann der Schaltungsträger dadurch besonders einfach gefertigt werden, da keine Durchführung bzw. keine Öffnung zum Durchstecken des wenigstens einen Leiters vorgesehen werden muss.
Dadurch, dass der wenigstens eine elektrische Leiter identisch mit dem Kontaktelement ist wird vorteilhaft bewirkt, dass der elektrische Gesamtwiderstand besonders niedrig gehalten wird, da keine zusätzlichen Kontaktpunkte vorhanden sind. Auch wird dadurch die Herstellung des Steckverbindersystems vereinfacht, da ein Schritt der Verbindung des weiteren Leiters mit dem Kontaktelement entfällt.
In diesem Fall ist das EMV-Filterelement direkt mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden.
Dadurch, dass der Schaltungsträger mit seiner Haupterstreckungsebene parallel zu dem wenigstens einen elektrischen Leiter auf dem wenigstens einen elektrischen Leiter angeordnet ist wird eine besonders kompakte Bauform des Steckverbindersystems erzielt.
Das Steckverbindersystem kann auf diese Weise z.B. sehr flach ausgebildet sein, so dass es in demjenigen Bereich, welcher in ein Komponentengehäuse eingesteckt ist nur wenig höher ist (senkrecht zur Einsteckrichtung in das Komponentengehäuse) als das
Kontaktelement. Beispielsweise ist es nicht höher als die achtfache oder nicht höher als die fünffache oder sogar nicht höher als die dreifache Dicke bzw. Höhe des
Kontaktelements bzw. des elektrischen Leiters. Vorteilhaft kann dadurch auch die
Herstellung des Steckverbindersystems besonders einfach gestaltet sein. Beispielsweise kann das EMV-Filterelement bereits vor einem Spritzgussvorgang auf dem wenigstens einen elektrischen Leiter bzw. dem Kontaktelement angeordnet werden. Besonders einfach ist bei einer parallelen Anordnung des E MV- Filterelements auch, das EMV- Filterelement nach der Herstellung des Steckverbindersystems auf dem wenigstens einen elektrischen Leiter anzuordnen und ggf. dort auch zu befestigen.
Im Unterschied zu einem EMV-Filterelement, durch welches hindurch das Kontaktelement gesteckt werden muss kann hier auch entlang der Längserstreckung des wenigstens einen Leiters eine Aussparung im Gehäuse vorgesehen sein, in welche das EMV- Filterelement eingesetzt wird. Das EMV-Filterelement kann auf dem wenigstens einen Leiter bzw. auf dem Kontaktelement angeordnet sein, es kann auch am wenigstens einen Leiter bzw. Kontaktelement befestigt oder montiert sein (z.B. kraftschlüssig oder formschlüssig oder stoffschlüssig). Es kann auch in das Gehäuse eingegossen sein. Das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger kann unmittelbar bzw. direkt auf dem wenigstens einen Leiter bzw. dem Kontaktelement angeordnet sein. Das EMV- Filterelement bzw. der Schaltungsträger kann jedoch auch unter Zwischenlage eines weiteren Elements auf dem wenigstens einen Leiter bzw. auf dem Kontaktelement angeordnet bzw. montiert bzw. befestigt sein. Das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger kann lösbar oder unlösbar (d.h.: nicht zerstörungsfrei lösbar) auf dem wenigstens einen Leiter bzw. dem Kontaktelement angeordnet bzw. befestigt sein.
Der wenigstens eine Leiter bzw. das Kontaktelement kann einen Montageabschnitt bzw. Anordnungsabschnitt aufweisen, in dem das EMV-Filterelement bzw. der
Schaltungsträger platziert bzw. angeordnet bzw. montiert wird.
Dadurch, dass das Steckverbindersystem wenigstens zwei Kontaktelemente bzw.
wenigstens zwei elektrische Leiter aufweist, wobei das EMV-Filterelement elektrisch mit zwei oder mehr Kontaktelementen bzw. mit zwei oder mehr elektrischen Leitern verbunden ist wird eine besonders kostengünstige Entstörung ermöglicht. Denn das EMV- Filterelement kann auf diese Weise für die Entstörung von wenigstens zwei Leitungen gleichzeitig ausgebildet sein und es werden Bauteile eingespart. Beispielsweise können in einem Gleichstrom-Steckverbindersystem genau zwei Kontaktelemente bzw. elektrische Leiter vorgesehen sein. In einem dreiphasigen Wechselstrom-Steckverbindersystem können drei Kontaktelemente bzw. elektrische Leiter vorgesehen sein. Vorteilhaft ist hier das EMV-Filterelement mit allen drei Kontaktelementen bzw. elektrischen Leitern verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger mit allen elektrischen Leitern bzw. Kontaktelementen elektrisch verbunden ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das EMV-Filterelement bzw. der Schaltungsträger nicht mit allen elektrischen Leitern bzw. Kontaktelementen verbunden ist, wenigstens jedoch mit zwei der elektrischen Leiter bzw. Kontaktelemente.
Grundsätzlich können bei einer Mehrzahl von elektrischen Leitern bzw. Kontaktelementen auch mehrere EMV-Filterelemente vorgesehen sein.
Dadurch, dass der Schaltungsträger elektrisch direkt bzw. unmittelbar mit jedem
Kontaktelement verbunden ist wird eine besonders gute Entstörung bewirkt. Es kann eine besonders kompakte, klein bauende Bauform erzielt werden.
Ein (kurzes) elektrisches Verbindungsmittel wie z.B. ein Bonddraht oder eine Niete oder eine Schraube oder eine Lötverbindung, mit dem der Schaltungsträger bzw. das EMV- Filterelement an das Kontaktelement elektrisch angeschlossen ist soll hierbei dem
Ausdruck„direkt elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden“ nicht im Wege stehen. Dadurch, dass das EMV-Filterelement am oder im Gehäuse festgelegt ist wird eine besonders kompakte Bauform und ein besonders langlebiges Steckverbindersystem geschaffen. Beispielsweise kann das EMV-Filterelement vom Gehäuse umschlossen oder umspritzt sein. Es ist dadurch besonders gut gegen äußere Einflüsse geschützt wie z.B. Schmutz oder Feuchtigkeit. Eine Befestigung am Gehäuse bewirkt zudem eine Entlastung des wenigstens einen Leiters bzw. des wenigstens einen Kontaktelements, da
mechanische Spannungen oder mechanischer Druck vom Gehäuse abgefangen wird und nicht (vollständig) auf den wenigstens einen Leiter bzw. das wenigstens eine
Kontaktelement übertragen wird und umgekehrt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das EMV-Filterelement für den Betrieb bei hohen Spannungen von mehr als 40V, bevorzugt mehr als 200V und ganz besonders bevorzugt von mehr als 400V eingerichtet ist. Dadurch wird vorteilhaft ein Betrieb auch im Hochvolt- Bereich von z.B. Elektrofahrzeugen möglich. Die Ausbildung für derartig hohe
Spannungen wird dadurch bewirkt, dass der Schaltungsträger und die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente des EMV-Filterelements durch ausreichend große Luft- und Kriechstrecken voneinander getrennt sind, so dass Überschläge vermieden werden. Dies kann z.B. auch durch die Verwendung einer mehrlagigen Leiterplatte und einer
Bestückung mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bzw. Bauelementen auf zwei Seiten der Leiterplatte bewirkt werden. Auf diese Weise kann das Steckverbindersystem den Einbau komplexer, hochspannungstauglicher und großbauender EMV-Filterelemente in den Komponenten (z.B. Inverter, Motor, etc.) überflüssig machen und damit erheblichen Bauraum einsparen.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Steckverbindersystem ein thermisch leitendes Element aufweist. Das thermisch leitende Element ist mit einem ersten Abschnitt mit dem EMV-Filterelement thermisch leitend gekoppelt, wobei das thermisch leitende Element einen vom ersten Abschnitt verschiedenen zweiten Abschnitt aufweist, der zur Ankopplung an eine thermische Senke eingerichtet ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Steckverbindersystem als integriertes System bereits ein Entwärmkonzept aufweist. Gerade beim Betrieb der Komponente bzw. des Steckverbindersystems mit hohen Strömen kann durch den elektrischen Widerstand und eingeschränkte
Wärmeabfuhr eine hohe Temperatur entstehen, die langfristig das EMV-Filterelement beschädigen kann. Durch das Vorsehen des thermisch leitenden Elements kann sichergestellt werden, dass das EMV-Filterelement nicht überhitzt und dadurch stets seine Funktion aufrecht erhält. Beim Verbau des Steckverbindersystems in bzw. an eine Komponente (z.B. Inverter, Motor, Steuergerät, etc.) ist dort lediglich eine Wärmesenke vorzusehen, an welche der zweite Abschnitt des thermisch leitenden Elements thermisch leitend (z.B. durch Aufbringen einer Wärmeleitpaste) gekoppelt werden muss. Der zweite Abschnitt kann dabei eine spezielle Geometrie aufweisen, die in eine korrespondierende Geometrie (Schlüssel-Schloss-Prinzip) der Wärmesenke eingreift. Dadurch wird eine besonders gute Wärmekopplung bewirkt.
Das thermisch leitende Element kann z.B. elektrisch nicht leitend ausgebildet sein und z.B. ein keramisches Material umfassen. Es kann z.B. eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 4 W/(m*K) aufweisen, bevorzugt wenigstens 5 W/(m*K).
Das thermisch leitende Element kann z.B. mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter bzw. dem wenigstens einen Kontaktelement thermisch leitfähig verbunden sein. Wenn das E MV- Filterelement mit dem elektrischen Leiter bzw. dem Kontaktelement gekoppelt ist wird durch eine Ableitung von Wärme des elektrischen Leiters bzw. des
Kontaktelements auch das EMV-Filterelement gekühlt. In diesem Fall kann das thermische Element lediglich mittelbar mit dem EMV-Filterelement gekoppelt sein.
Das thermisch leitende Element kann jedoch auch unmittelbar bzw. direkt mit dem EMV- Filterelement thermisch gekoppelt sein. Dabei soll ein notwendiges Befestigungsmittel (z.B. Schrauben oder Nieten) oder auch eine zwischen thermischem Element und EMV- Filterelement eingebrachte Wärmeleitpaste dem Begriff„direkt / unmittelbar thermisch gekoppelt“ nicht entgegenstehen.
Dadurch, dass zwischen dem Schaltungsträger und jedem der elektrischen Leiter bzw. jedem Kontaktelement ein als separates Element ausgebildetes thermisches
Isolierelement angeordnet ist wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Erwärmung des elektrischen Leiters bzw. des Kontaktelements durch den hohen Stromfluss nicht direkt und nicht in voller Stärke auf das EMV-Filterelement durchschlägt. In diesem Fall müsste somit bei Verwendung eines an eine thermische Senke gekoppelten thermischen
Elements somit auch wesentlich weniger Wärme abgeführt werden. Das thermische Element könnte somit vorteilhaft kleiner dimensioniert werden.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Steckverbindersystem einen Schirmleiter zum Anschließen an einen Gegenschirmleiter des Gegensteckverbinders aufweist, wobei das EMV-Filterelement an den Schirmleiter angeschlossen ist. Dabei kann z.B. ein Masseanschluss des EMV-Filterelements an den Schirmleiter angeschlossen sein.
Dadurch wird vorteilhaft das Risiko minimiert, dass elektromagnetische Störstrahlung von außen überhaupt in das Gesamtsystem eindringt bzw. Störstrahlung aus dem
Gesamtsystem in die Außenumgebung abgestrahlt wird.
Dadurch, dass das Steckverbindersystem einen Fluss- Konzentrator bzw. ein
Flussleitstück aufweist, der den elektrischen Leiter entlang der Umlaufrichtung zumindest entlang eines Umlaufwinkels von 270° umläuft wird vorteilhaft bewirkt, dass in dem Steckverbindersystem eine berührungslose Strommessung ermöglicht wird, die auch kein Zwischenschalten eines Amperemeters erfordert. Dadurch kann das
Steckverbindersystem über seine Funktionen der elektrischen Verbindung mit
Gegensteckverbinder und Komponente sowie die Entstörung hinaus kostengünstig mit einer weiteren Funktionalität ausgestattet werden, die an anderer Stelle eingespart werden kann. Der Fluss- Konzentrator bzw. das Flussleitstück kann dabei aus einem magnetisch hochpermeablen Material wie z.B. Weicheisen ausgebildet sein. Das den elektrischen Leiter bzw. das Kontaktelement ringförmig umgebende Magnetfeld wird in dem Fluss- Konzentrator gebündelt.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Fluss- Konzentrator einen Schlitz derart aufweist, dass der Fluss- Konzentrator nicht ringförmig geschlossen ist, wobei der Schlitz zum Einbringen eines Magnetfeldsensors eingerichtet ist. Der Magnetfeldsensor kann z.B. als Hall-Sensors ausgebildet sein. Dadurch kann eine einfache, kostengünstige, berührungslose und genaue Strommessung im Steckverbindersystem ermöglicht werden. Der Schlitz ist dabei derart gestaltet bzw. eingerichtet, dass der Magnetfeldsensor möglichst passgenau in ihn eingesteckt werden kann.
Dadurch, dass im Schlitz ein Magnetfeldsensor angeordnet ist, wobei der
Magnetfeldsensor z.B. ein Hall-Sensor sein kann, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Steckverbindersystem für eine Strommessung eingerichtet ist. Der Magnetfeldsensor bzw. der Hall-Sensor kann dabei z.B. elektrisch mit einer Auswerteelektronik verbunden sein, die die generierten bzw. erfassten Signale in eine Stromstärke umrechnet.
Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen
Fig. 1: einen schematischen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem, einen mit dem Steckverbindersystem zusammensteckbaren
Gegensteckverbinder und eine an das Steckverbindersystem angeschlossene Komponente;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine Ausführungsform eines Steckverbindersystems;
Fig. 3a: eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine andere
Ausführungsform eines Steckverbindersystems;
Fig. 3b: eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf das
Steckverbindersystem aus Fig. 3a;
Fig. 4: einen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem ähnlich zu dem aus den
Figuren 3a und 3b, hier jedoch mit thermisch leitendem Element;
Fig. 5a: einen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem ähnlich zu dem aus den
Figuren 3a und 3b, hier jedoch mit thermisch leitendem Element und Fluss- Konzentrator;
Fig. 5b: eine Aufsicht auf den Fluss- Konzentrator aus Fig. 5a.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem 1 zum Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung E mit einem Gegensteckverbinder 50 sowie eine an das Steckverbindersystem 1 angeschlossene Komponente 70. Dabei ist ein xz- Koordinatensystem zur besseren Orientierung eingezeichnet, wobei hier die x- Richtung der Längsrichtung und die z-Richtung der Höhenrichtung entspricht.
Das Steckverbindersystem weist ein Gehäuse 2, wenigstens ein Kontaktelement 3 mit einem freien Ende 4 sowie ein EMV-Filterelement 20 auf. Das EMV-Filterelement 20 weist einen Schaltungsträger 22 bzw. ein Trägerelement 22 und wenigstens ein auf dem Schaltungsträger 22 angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement 24 auf. Das EMV-Filterelement 20 ist elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktelement 3 verbunden, wobei das EMV-Filterelement 20 sehr nah am bzw. wenig beabstandet zum freien Ende 4 angeordnet ist. Das EMV-Filterelement 20 ist in einem Abstand D von nicht mehr als 20cm, bevorzugt nicht mehr als 10cm und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5cm von dem freien Ende 4 des Kontaktelements 3 angeordnet. Dadurch wird bewirkt, dass potenziell durch den Gegensteckverbinder 50 in das Steckverbindersystem 1 eingetragene elektromagnetische Störstrahlung nicht an einem komponentenseitigen weiteren Ende 14 des Steckverbindersystems 1 entweichen kann sondern so nah wie möglich an der Schnittstelle zum Gegensteckverbinder 50 entstört bzw. gefiltert wird.
Das Gehäuse 2 zusammen mit dem Kontaktelement 3 kann z.B. als Steckverbinder bezeichnet werden. Zusammen mit dem EMV-Filterelement 20 wird ein
Steckverbindersystem 1 gebildet.
Das Gehäuse 2 kann z.B. aus Kunststoff gestaltet sein oder Kunststoff umfassen. Es kann elektrisch isolierend ausgebildet sein. Grundsätzlich kann es auch Metall gestaltet sein bzw. Metall umfassen. Das Gehäuse 2 ist auf der dem Gegensteckverbinder 50 zugewandten Seite beispielsweise becherförmig ausgebildet. Dadurch wird geometrisch eine Schnittstelle geschaffen, in die bevorzugt (nur) ein komplementär ausgebildeter Gegensteckverbinder 50 eingesteckt werden kann. Im Inneren des becherförmigen Gehäuseabschnitts des Gehäuses 2 ist das freie Ende 4 des Kontaktelements 3 angeordnet. Das Kontaktelement 3 kann beim Zusammenstecken des
Steckverbindersystems 1 mit dem Gegensteckverbinder 50 mit einem
Gegenkontaktelement 53 des Gegensteckverbinders 50 elektrisch kontaktiert werden.
Der Schaltungsträger 22 kann z.B. als einlagige oder mehrlagige Leiterplatte ausgebildet sein, z.B. aus einem Material wie FR4 oder besser. Der Schaltungsträger 22 kann alternativ auch als Stanzgitter oder als Keramikträgersubstrat oder dergleichen
ausgebildet sein.
Das auf dem Schaltungsträger 22 angeordnete wenigstens eine elektrische oder elektronische Bauteil bzw. Bauelement 24 kann z.B. ausgebildet sein als ein Kondensator, ein elektrischer Widerstand, eine Spule, ein Halbleiterbauelement wie z.B. eine Diode, ein integrierter Schaltkreis oder dergleichen.
Die Komponente 70 kann z.B. ein Inverter eines elektrisch oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs sein oder ein Elektromotor eines elektrisch oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät, ein Sensor, eine Batterie, ein Batterieladegerät, ein Generator oder dergleichen. Die Komponente 70 ist hier innerhalb eines Komponentengehäuses 80 angeordnet. Das Komponentengehäuse 80 kann eine
Schirmung der Komponente 70 gegen von außen eindringende elektromagnetische Strahlung darstellen. Dazu kann das Komponentengehäuse 80 z.B. aus Metall gestaltet sein oder als Kunststoffgehäuse, in welches Metallbleche eingearbeitet sind oder auf das eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist oder dergleichen. Das
Komponentengehäuse 80 ist hier geerdet, d.h. an ein Massepotenzial angeschlossen („GND“). Grundsätzlich kann statt des Erdpotenzials (0V) auch irgendein beliebiges, definiertes elektrisches Potenzial an dem Komponentengehäuse 80 anliegen. Die
Komponente 70 ist z.B. mittels eines als Stromschiene ausgeführten Anschlusses72 mit dem dem freien Ende 4 gegenüberliegenden weiteren Ende 14 des Kontaktelements 3 elektrisch und mechanisch verbunden, z.B. durch eine Schraubverbindung, eine
Nietverbindung, eine Steckverbindung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder dergleichen.
Das Steckverbindersystem 1 kann für den Betrieb bei hohen Strömen im Bereich von 10A bis 1200A eingerichtet sein. Bevorzugt ist es für Ströme von wenigstens 50A oder wenigstens 100A ausgelegt. Dazu kann ein Querschnitt des wenigstens einen
Kontaktelements 3 von z.B. wenigstens 4mm2 oder wenigstens 10mm2 oder wenigstens 50mm2 vorgesehen sein. Auch sind Querschnitte von bis zu 200mm2 oder auch bis zu 400mm2 möglich, um eine ausreichende Tragfähigkeit für derart hohe Ströme
aufzuweisen.
Das Steckverbindersystem 1 und das EMV-Filterelement 20 kann auch für den Betrieb mit hohen Spannungen eingerichtet sein, z.B. Spannungen von wenigstens 40V, bevorzugt von wenigstens 100V, besonders bevorzugt von wenigstens 200V oder wenigstens 400V und ganz besonders bevorzugt von wenigstens 500V. Es kann vorgesehen sein, dass Spannungen von bis zu 1000V an das Steckverbindersystem 1 betriebssicher angelegt werden können. Dazu sind alle elektrisch funktionalen Elemente durch ausreichendende Beabstandung oder Isolierung voneinander getrennt, so dass stets ausreichende
Kriechstrecken bzw. Luftstrecken bestehen und es nicht zu Spannungsüberschlägen kommt.
Das Steckverbindersystem 1 weist wenigstens einen elektrischen Leiter 5 auf, der z.B. als Stromschiene oder Pin oder Kontaktmesser gebildet ist, zum Verbinden mit der vom EMV-Filterelement 20 und vom Gegensteckverbinder 50 verschiedenen elektrischen oder elektronischen Komponente 70. Der Schaltungsträger 22 bzw. das Trägerelement 22 umschließt den wenigstens einen elektrische Leiter 5 entlang einer Umlaufrichtung U um den wenigstens einen elektrischen Leiter 5 herum um einen Umschließungswinkel von höchstens 270°.
In Figur 1 ist der elektrische Leiter 5 identisch mit dem Kontaktelement 3. In einer alternativen Ausführungsform (siehe z.B. Fig. 2a) ist es jedoch möglich, dass der elektrische Leiter 5 ein von dem Kontaktelement 3 verschiedenes Element ist. Dieses zunächst separate Element (der elektrische Leiter 5) wird bei einem Montagevorgang mit dem Kontaktelement 3 elektrisch verbunden, so dass der elektrische Leiter 5 und das Kontaktelement 3 im fertig hergestellten Steckverbindersystem 1 elektrisch miteinander verbunden sind.
Das Steckverbindersystem 1 kann bevorzugt für Gleichstrom verwendet werden. In diesem Fall können z.B. zwei Kontaktelemente 3 bzw. elektrische Leiter 5 vorgesehen bzw. eingerichtet sein bzw. verwendet werden. Es kann dann entweder ein EMV- Filterelement 20 pro Kontaktelement 3 bzw. elektrischem Leiter 5 vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass in diesem Fall beide Kontaktelemente 3 bzw. elektrische Leiter 5 mit einem EMV-Filterelement 20 elektrisch verbunden sind und gemeinsam entstört werden.
In einer anderen Ausgestaltung kann das Steckverbindersystem 1 z.B. für einen dreiphasigen oder mehr als dreiphasigen Wechselstrom eingerichtet sein. In diesem Fall kann für jede Phase ein Kontaktelement 3 bzw. ein elektrischer Leiter 5 vorgesehen sein. Hier kann jedes Kontaktelement 3 bzw. jeder elektrische Leiter 5 mit einem eigenen EMV- Filterelement 20 verbunden sein. Es können jedoch auch mehrere der Kontaktelemente 3 bzw. elektrische Leiter 5 mit einem EMV-Filterelement 20 elektrisch verbunden sein und von diesem EMV-Filterelement 20 entstört werden.
In Figur 1 ist der Schaltungsträger 22 als Leiterplatte mit einer Haupterstreckungsebene P ausgebildet. Der Schaltungsträger 22 und damit das EMV-Filterelement 20 ist auf dem elektrischen Leiter 5 und damit in Fig. 1 auf dem Kontaktelement 3 angeordnet und die Haupterstreckungsebene P ist parallel zu dem elektrischen Leiter 5 bzw. dem
Kontaktelement 3 angeordnet. Durch die parallele Anordnung ist das
Steckverbindersystem 1 flach bauend, d.h.: der Schaltungsträger 22 ragt in Fig. 1 bevorzugt nicht senkrecht zur Einsteckrichtung E über die maximale Außenkontur des Gehäuses 2 hinaus. Im Falle einer Ausbildung des elektrischen Leiters 5 bzw. des Kontaktelements 3 als flache Stromschiene wäre somit ein Umschließungswinkel um die Umlaufrichtung U von ungefähr 90° gegeben. Würde der z.B. als Leiterplatte ausgebildete Schaltungsträger 22 das z.B. als Stromschiene ausgebildete Kontaktelement 3 in der Art eines umgedrehten „U“ auch seitlich umgreifen, so wäre ein Umschließungswinkel von ungefähr 270° gegeben (je nach Aspektverhältnis des Querschnitts des Kontaktelements 3).
In der Anordnung des Schaltungsträgers 22 gemäß Figur 1 ist ein besonders einfaches Bestücken des Steckverbindersystems 1 mit dem E MV- Filterelement 20 möglich.
Beispielsweise kann das EMV-Filterelement 20 auch nach Herstellung des Gehäuses 2 z.B. als Spritzgussteil mit dem Kontaktelement 3 als Einlegeteil nach dem
Spritzgussprozess unproblematisch in eine für das EMV-Filterelement 20 freigehaltene Aussparung eingesetzt werden. Jedoch ist auch ein Umspritzen des EMV-Filterelements 20 grundsätzlich möglich, wodurch eine besonders medienrobuste Ausgestaltung geschaffen wird. In diesem Fall kann ein einstückiges Steckverbindersystem 1 realisiert werden, welches nicht zerstörungsfrei in seine Einzelteile zerlegt werden kann.
Der Schaltungsträger 22 ist in Figur 1 elektrisch direkt bzw. unmittelbar mit dem
Kontaktelement 3 verbunden und nicht z.B. lediglich mittelbar, z.B. durch eine Anordnung des Schaltungsträgers 22 auf bzw. an der Komponente 70. Bei mehreren
Kontaktelementen 3 kann der Schaltungsträger 22 mit jedem Kontaktelement 3 direkt elektrisch verbunden sein. Hierbei ist unter„direkt“ und„unmittelbar“ zu verstehen, dass zwischen dem Schaltungsträger 22 und dem Kontaktelement 3 höchstens ein kurzes elektrisches Verbindungsmittel wie z.B. ein Bonddraht oder eine Niete oder eine Schraube oder eine Lötverbindung oder dergleichen zur Herstellung der elektrischen Verbindung vorgesehen ist, mit dem der Schaltungsträger 22 bzw. das EMV-Filterelement 20 an das Kontaktelement 3 elektrisch angeschlossen ist. Dieses Verbindungsmittel soll eine Länge von 3cm nicht überschreiten, bevorzugt eine Länge von 1,5cm nicht überschreiten und ganz besonders bevorzugt eine Länge von 0,75cm nicht überschreiten.
Das EMV-Filterelement 20 ist am oder im Gehäuse 2 festgelegt bzw. befestigt bzw.
montiert. In Figur 1 kann das EMV-Filterelement 20 vollständig im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet sein, sei es durch eine Umspritzung, sei es durch eine Anordnung in einem für das EMV-Filterelement 20 vorgesehenen Innenraum. Es ist jedoch auch möglich, dass das EMV-Filterelement 20 z.B. nur teilweise von dem Gehäuse 2 umschlossen ist.
Beispielsweise kann das EMV-Filterelement 20 in eine Aussparung im Gehäuse 2 eingesetzt sein. Es kann dann am Gehäuse 2 festgelegt sein, z.B. angeclipst, durch eine Schraubverbindung oder durch eine Klebeverbindung. Eine lösbare Verbindung (z.B. durch Anclipsen oder Anschrauben) bewirkt vorteilhaft, dass das EMV-Filterelement 20 je nach Anwendungszeck oder zu Wartungszwecken in einfacher Art und Weise getauscht werden kann. Auf diese Weise ist mit ein und demselben Steckverbinder (bestehend aus Gehäuse 2 und Kontaktelement 3) ein modular ausbaufähiges Steckverbindersystem 1 (Steckverbinder mit E MV- Filtersystem) gestaltbar.
Das Steckverbindersystem 1 der Figur 1 weist ein thermisch leitendes Element 30 auf. Grundsätzlich sind auch Steckverbindersysteme 1 ohne ein derartiges thermisch leitendes Element 30 denkbar. Das thermisch leitende Element 30 kann z.B. eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 4 W/(m*K) aufweisen. Es kann z.B. vollständig oder zumindest abschnittsweise elektrisch isolierend ausgebildet sein. Es kann z.B. aus einem Keramikmaterial gestaltet sein oder aus einem Metall mit einer elektrisch isolierenden Sperrschicht. Das thermisch leitende Element 30 ist mit einem ersten Abschnitt 32 mit dem EMV-Filterelement 20 thermisch leitend gekoppelt. Das thermisch leitende Element 30 weist einen vom ersten Abschnitt 32 verschiedenen zweiten Abschnitt 34 auf, der zur Ankopplung an eine thermische Senke 82 eingerichtet ist. In Figur 1 wird die thermische Senke 82 z.B. durch einen Abschnitt des Komponentengehäuses 80 gebildet. Die thermische Senke 82 kann z.B. aus Metall ausgebildet sein und/oder Kühlrippen aufweisen, die nach außen gerichtet sind. Auf diese Weise kann die Betriebstemperatur des E MV- Filterelements 20 in vertretbaren Grenzen gehalten werden, z.B. bei weniger als 120°C oder weniger als 90°C oder sogar weniger als 70°C und dies selbst dann, wenn im Steckverbindersystem 1 hohe Ströme fließen und die Kontaktelemente 3 eine deutlich höhere Temperatur aufweisen.
In dem Steckverbindersystem 1 der Figur 1 ist zwischen dem Schaltungsträger 20 und jedem der elektrischen Leiter 3 bzw. jedem der Kontaktelemente 5 ein als separates Element ausgebildetes thermisches Isolierelement 6 angeordnet. Grundsätzlich sind auch Steckverbindersysteme 1 ohne ein derartiges thermisch Isolierelement 6 denkbar. Dieses thermische Isolierelement 6 kann z.B. als Isolierpapier ausgebildet sein. Es kann z.B. eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,1 W/(m*K) aufweisen. Dadurch wird bei einer Erwärmung des Kontaktelement 3 bzw. des elektrischen Leiters 5 in Folge z.B. hoher Ströme der Wärmeübertrag auf das EMV-Filterelement 20 reduziert bzw. minimiert. Dies bewirkt eine geringere Betriebstemperatur des EMV-Filterelements 20.
Thermisches Isolierelement 6 und thermisch leitendes Element 30 können beide zusammen im bzw. am Steckverbindersystem 1 vorgesehen sein wie in Figur 1. Es ist jedoch auch möglich, ein Steckverbindersystem 1 bereitzustellen, welches nur eines der beiden Elemente 6, 30 oder keines der beiden Elemente 6, 30 aufweist.
In dem Steckverbindersystem 1 der Figur 1 ist weiterhin ein Fluss- Konzentrator 40 bzw. ein Flussleitstück 40 vorgesehen. Es sind jedoch auch Steckverbindersysteme 1 ohne einen derartigen Fluss- Konzentrator 40 denkbar. Der Fluss- Konzentrator 40 umläuft den elektrischen Leiter 5 bzw. das Kontaktelement 3 entlang der Umlaufrichtung U zumindest entlang eines Umlaufwinkels von 270°.
Der Fluss- Konzentrator 40 kann z.B. aus einem magnetisch hochpermeablen Material wie z.B. Weicheisen gestaltet sein. Er kann infolge seiner Materialeigenschaft und/oder seiner geometrischen Form den magnetischen Fluss eines auf ihn wirkenden Magnetfeldes in sich konzentrieren und somit verstärken und diesen magnetischen Fluss somit gezielt an einen gewünschten vordefinierten Ort weiterleiten.
Dabei kann bei Steckverbindersystemen 1 mit mehr als einem Kontaktelement 3 bzw. mehr als einem elektrischen Leiter 5 vorgesehen sein, dass mehrere Fluss- Konzentratoren 40 vorgesehen sind, z.B. für jedes Kontaktelement 3 bzw. jeden elektrischen Leiter 5 ein eigener Fluss- Konzentrator 40. Der Fluss- Konzentrator 40 kann dafür verwendet werden, eine berührungslose Strommessung zu ermöglichen und zwar des elektrischen Stroms in demjenigen Kontaktelement 3 bzw. elektrischen Leiter 5, der durch den Fluss- Konzentrator 40 umschlossen ist.
Der Fluss- Konzentrator 40 kann einen Schlitz 42 derart aufweist, dass der Fluss- Konzentrator 40 nicht an allen Stellen ringförmig geschlossen ist (siehe z.B. Fig. 5b). Der Schlitz 42 kann zum Einbringen eines Magnetfeldsensors 48 eingerichtet sein. Der Magnetfeldsensor 48 kann z.B. als Hall-Sensor 49 eingerichtet sein. In dem Schlitz 42 der Figur 1 ist ein Magnetfeldsensor 48, z.B. ein Hall-Sensor 49, angeordnet.
Der Gegensteckverbinder 50 weist ein Gegenkontaktelement 53 auf, welches im zusammengesteckten Zustand mit dem Kontaktelement 3 des Steckverbindersystems 1 kontaktiert werden kann. Der Gegensteckverbinder 50 weist außerdem ein
Gegensteckverbindergehäuse 52 auf, welches z.B. aus Kunststoff gestaltet ist oder Kunststoff umfasst. Dieses Gegensteckverbindergehäuse 52 ist hier an seinem dem Steckverbindersystem 1 zugewandten Ende becherförmig gestaltet und ist komplementär zu dem becherförmigen Abschnitt des Gehäuses 2 des Steckverbindersystems 1 ausgebildet. Am vom Steckverbindersystem 1 abgewandten Ende ist das Gegenkontaktelement 53 an eine Anschlussleitung 54 elektrisch angeschlossen, z.B. über eine Crimpverbindung. Die Anschlussleitung 54 weist dabei von innen nach außen betrachtet einen Innenleiter 51 auf, der von einer Innenisolierung 55 umgeben ist. Die Innenisolierung 55 ist von einem Gegenschirmleiter 57 umgeben, der z.B. als elektrische leitendes Schirmgeflecht ausgebildet ist. Ganz außen ist der Gegenschirmleiter 57 von einer Außenisolierung 58 umgeben.
Das Steckverbindersystem 1 der Figur 1 weist einen Schirmleiter 7 auf. Dieser
Schirmleiter 7 ist eingerichtet zum Anschließen an den Gegenschirmleiter 57 des
Gegensteckverbinders 50. Grundsätzlich sind auch Steckverbindersysteme ohne
Schirmleiter 7 denkbar. Das EMV-Filterelement 20 ist an den Schirmleiter 7
angeschlossen. Dabei kann z.B. ein Masseanschluss 27 des E MV- Filterelements 20 an den Schirmleiter 7 angeschlossen sein.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gesamte elektrische Strecke von der Anschlussleitung 54 bzw. dem Anschlusskabel bzw. dem Kabelbaum über das
Steckverbindersystem 1 bis hin zur Komponente 70 eine durchgehende Schirmung aufweist und somit ein Eintrag elektromagnetischer Strahlung in die elektrische Leitung und/oder ein Austrag elektromagnetischer Strahlung aus der elektrischen Leitung möglichst gering gehalten wird. Grundsätzlich ist jedoch auch ein Steckverbindersystem 1 ohne Schirmleiter 7 denkbar.
Das Steckverbindersystem 1 gemäß Figur 1 weist somit neben der Stromleitfunktion, der Verbindungsfunktion und der Entstörfunktion zusätzlich eine Entwärmfunktion, eine Aufwärmschutzfunktion, eine Strommessfunktion und eine EMV-Schirmungsfunktion auf. Die Entstörfunktion kann z.B. durch geeignete Wahl des E MV- Filterelements 20 modular an die Entstörbedürfnisse angepasst werden. Dadurch kann ein hochintegriertes, modular gestaltbares, multifunktionales Steckverbindersystem 1 bereitgestellt werden, das einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine Ausführungsform eines Steckverbindersystems 1. Zur Orientierung ist ein xyz- Koordinatensystem eingezeichnet, wobei hier x die Längsrichtung, y die Breitenrichtung und z die
Höhenrichtung darstellen soll. Dabei weist das Steckverbindersystem 1 ein
vergleichsweise kurz ausgeführtes Gehäuse 2 mit zwei darin angeordneten
Kontaktelementen 3 auf, die z.B. als Kontaktmesser ausgestaltet sind. Es kann sich z.B. um ein Steckverbindersystem 1 für die Übertragung von Gleichstrom mit hoher Stromstärke (>10A) und hoher Spannung (>40V) handeln. Grundsätzlich wäre das Steckverbindersystem 1 auch denkbar mit nur einem Kontaktelement 3 oder mit mehr als zwei Kontaktelementen (z.B. drei oder mehr Kontaktelemente 3 für mehrphasigen
Wechselstrom).
An das weitere Ende 14 jedes der beiden Kontaktelemente 3 ist jeweils ein als separates Element ausgebildeter elektrischer Leiter 5 angeschlossen. In Figur 2 ist jeder der beiden elektrischen Leiter 5 an einem Ende durch eine Schraubverbindung mit je einem
Kontaktelement 3 elektrisch verbunden, wobei jeweils eine Verbindungsschraube 16 den jeweiligen elektrischen Leiter 3 auch am Gehäuse (lösbar) befestigt bzw. festlegt, wobei auch andere Verbindungsmittel denkbar sind. Am anderen Ende ist jeder elektrische Leiter 5 durch eine weitere Verbindungsschraube 18 mit je einem elektrischen Anschluss 72 der Komponente 70 elektrisch und mechanisch verbunden, wobei auch andere
Verbindungsmittel denkbar sind.
Jeder der beiden elektrischen Leiter 5 weist entlang seiner länglichen Erstreckung entlang der Einsteckrichtung E (hier entsprechend auch der x-Richtung) eine u-förmige
Absenkung auf, wobei der tiefste Teil der Absenkung einen Anordnungsabschnitt bzw. einen Montageabschnitt M für das EMV-Filterelement 20 darstellt. Das EMV-Filterelement 20 ist mittels zweier hier als Schrauben ausgeführter Befestigungsmittel 29 direkt mit beiden elektrischen Leitern 5 elektrisch verbunden und - in dieser Ausführungsform - auch mechanisch verbunden. Der Montageabschnitt M der elektrischen Leiter 5 verläuft im Wesentlichen parallel zu dem Komponentengehäuse 80 der elektrischen Komponente 70. Der Montageabschnitt M der beiden elektrischen Leiter 5 ist thermisch leitend mit dem Komponentengehäuse 80 gekoppelt. Dadurch macht in Fig. 2 der Montageabschnitt M der beiden elektrischen Leiter 5 ein separates thermisch leitendes Element 30 überflüssig. Vielmehr wird die Entwärmung des EMV-Filterelements 20 durch die thermische Nähe und thermische Kopplung des Montageabschnitts M der elektrischen Leiter 5 an das Komponentengehäuse 80 bewirkt. Das Komponentengehäuse 80 wirkt dabei in der Koppelfläche zum Montageabschnitt M als thermische Senke 82. Das
Komponentengehäuse 80 kann z.B. aus Metall gestaltet sein. Um einen elektrischen Kurzschluss zwischen Komponentengehäuse 80 und Montageabschnitt M zu vermeiden kann z.B. ein Element zwischen den beiden Komponentengehäuse 80 und
Montageabschnitt M angeordnet sein, welches gute thermische Leiteigenschaften aufweist, jedoch elektrisch isolierend wirkt. Das EMV-Filterelement 20 ist mittels seines Masseanschlusses 27 mit dem hier auf Erdpotenzial („GND“, 0V) liegenden Komponentengehäuse 80 elektrisch verbunden.
In Figur 2 gehört der elektrische Anschluss 72 der Komponente 70 nicht mehr zum Steckverbindersystem 1.
Durch den nach unten gezogenen Montageabschnitt M wird neben der Möglichkeit einer einfachen Entwärmung auch eine besonders flache Bauform des Steckverbindersystems 1 bewirkt. Denn das EMV-Filterelement 20 ragt in einer Richtung senkrecht zur
Einsteckrichtung E mit keinem seiner elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 24 wesentlich (mehr als 5mm) über die Außenkontur des Gehäuses 2 hinaus bzw. liegt sogar vollständig innerhalb der Außenkontur des Gehäuses 2.
Figur 3a zeigt eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine andere
Ausführungsform eines Steckverbindersystems 1. Zur Orientierung ist wieder ein xyz- Koordinatensystem eingezeichnet. Das Steckverbindersystem 1 weist auch hier zwei Kontaktelemente 3 auf, die z.B. als Einlegeteile weitestgehend vom Gehäuse 2 umspritzt sind. In diesem Fall stellen die Kontaktelemente 3 gleichzeitig die elektrischen Leiter 5 dar. An ihrem weiteren Ende 14 sind sie zur elektrischen Kontaktierung zu einer hier nicht dargestellten Komponente 70 ausgebildet (z.B. Inverter, Steuergerät, etc.). Das EMV- Filterelement 20 ist in eine Aussparung des Gehäuses 2 eingesetzt und direkt auf den beiden Kontaktelementen 3 angeordnet bzw. aufgesetzt. Es weist in seinem z.B. als mehrlagige Leiterplatte ausgebildeten Schaltungsträger 22 zwei Befestigungsöffnungen 28 auf, die auch zur direkten elektrischen Kontaktierung mit den Kontaktelementen 3 dienen. Der Schaltungsträger 22 kann z.B. durch zwei hier nicht dargestellte Schrauben mechanisch am Gehäuse 2 und elektrisch an den Kontaktelementen 3 angebunden werden. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass die beiden Schrauben in einem als Sackloch ausgeführten Schraubenloch der Kontaktelemente 3 enden und das EMV- Filterelement 20 somit nur mittelbar über die Kontaktelemente 3 mit dem bzw. an dem Gehäuse 2 mechanisch verbunden ist.
Das EMV-Filterelement 20 ist wiederum sehr nahe an den im becherförmigen Abschnitt des Gehäuses 2 angeordneten und hier nicht sichtbaren freien Enden der
Kontaktelemente angeordnet. Das EMV-Filterelement 20 ist mit der
Haupterstreckungsebene P seines Schaltungsträgers 22 parallel zu den
Kontaktelementen 3 angeordnet und bewirkt so eine sehr flache Bauform bzw. einen sehr flachen Formfaktor des Steckverbindersystems 1. Das Aspektverhältnis beträgt hier z.B. ungefähr 3:2:1 bis 4:2:1 (Länge (x) : Breite (y) : Höhe (z)), wobei das EMV-Filterelement 20 mit all seinen Bauelementen 24 hier eine Höhe aufweist, die geringer ist als die Höhe, die durch den becherartigen Abschnitt des Gehäuses 2 oder den Kragen 8 bewirkt wird und hier nur ungefähr 50% bis 75% dieser Höhe beträgt.
Der Masseanschluss 27 des E MV- Filterelements 27 ist z.B. an ein Erdpotenzial („GND“) anschließbar, z.B. an ein hier nicht dargestelltes, geerdetes Komponentengehäuse 80.
Das Gehäuse 2 weist an seinem, dem hier nicht dargestellten Gegensteckverbinder 50 zuweisenden, becherartigen Abschnitt einen Kragen 8 auf. Der Kragen 8 weist mehrere Befestigungsöffnungen 9 auf. Der Kragen 8 weist an seiner dem weiteren Ende 14 der Kontaktelemente 3 zuweisenden Seite eine Dichtung 10 auf. Mittels des Kragens 8, der Befestigungsöffnungen 9 und der Dichtung 10 kann das Steckverbindersystem 1 mediendicht bzw. zumindest staubgeschützt und spritzwassergeschützt in einer
Montageöffnung der Komponente 70 montiert werden.
Figur 3b zeigt eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf das
Steckverbindersystem 1 aus Fig. 3a. Die Figur zeigt, dass das EMV-Filterelement 20 bzw. sein Schaltungsträger 22 ungefähr auf einer Mittelebene entlang der - im Unterschied zu dem Steckverbindersystem aus Fig. 2 - unverbogen ausgeführten elektrischen Leiter 5 angeordnet ist, also ungefähr symmetrisch zur xy-Ebene. Es ist erkennbar, dass der Schaltungsträger 22 auch auf seiner Rückseite bzw. Unterseite mit zumindest einem Bauelement 24 bestückt ist. Durch den zweiseitigen Aufbau des Schaltungsträgers 22 und eine Aussparung im Gehäuse 2, durch die das rückseitig angeordnete Bauelement 24 hindurchragt, wird bewirkt, dass das EMV-Filterelement 20 trotz seiner Anordnung ungefähr auf der xy-Ebene nicht oder nur unwesentlich über die Außenkontur des Gehäuses 2 bzw. seines becherartigen Abschnitts hinausragt.
Weiterhin ist zu erkennen, dass das EMV-Filterelement 20 auf der Rückseite seines Schaltungsträgers 22 an einen Schirmleiter 7 angeschlossen ist, der im becherartigen Abschnitt des Gehäuses 2 mit einem Gegenschirmleiter 57 eines hier nicht dargestellten Gegensteckverbinders 50 verbunden werden kann.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem 1, das ähnlich ist zu demjenigen aus den Figuren 3a und 3b, hier jedoch ein separat ausgeführtes thermisch leitendes Element 30 aufweist, welches nicht mit dem Kontaktelement 3 bzw. dem elektrischen Leiter 5 identisch ist. Ferner ist hier das beispielhaft als Schraube ausgeführte Befestigungsmittel 29 dargestellt, mit welchem das EMV-Filterelement 20 elektrisch mit den Kontaktelementen 3 verbunden ist und an dem Gehäuse 2 befestigt ist.
Zwischen dem EMV-Filterelement 20 und dem hier angeschnittenen Kontaktelement 3 ist ein thermisches Isolierelement 6 angeordnet.
Das thermisch leitende Element 30 ist mit seinem ersten Abschnitt 32 mit dem EMV- Filterelement 32 mittels des Befestigungsmittels 29 thermisch leitend gekoppelt und mit seinem vom ersten Abschnitt 32 abgewandten zweiten Abschnitt 34 an eine thermische Senke 82. Diese kann z.B. durch das Komponentengehäuse 80 gebildet sein oder einen Kühlkörper mit Rippen.
Figur 5a zeigt ein einen Querschnitt durch ein Steckverbindersystem 1 ähnlich zu dem aus den Figuren 3a und 3b. Jedoch weist dieses Steckverbindersystem 1 neben einem thermisch leitenden Element 30 und einem Isolierelement 6 (siehe Fig. 4) zusätzlich noch einen Fluss- Konzentrator 40 auf. Grundsätzlich kann auch eine Ausführungsform nur mit Fluss- Konzentrator 40 und ohne thermisch leitendes Element 30 und/oder ohne thermisches Isolierelement 6 vorgesehen sein.
Der Fluss- Konzentrator 40 umschließt hier eines der beiden Kontaktelemente 3 oder beide Kontaktelemente 3.
Figur 5b zeigt eine Aufsicht auf den Fluss- Konzentrator 40 aus Fig. 5a. Dabei ist erkennbar, dass der Fluss- Konzentrator 40 einen Spalt 42 aufweist, in den ein
Magnetfeldsensor 48 einsteckbar ist.
In Figur 5a ist ein als Hall-Sensor 49 ausgebildeter Magnetfeldsensor in den Schlitz 42 eingesteckt. Der Magnetfeldsensor 48 kann über eine hier nicht dargestellte Leitung oder auch drahtlos mit einer Auswerteeinheit, z.B. einem Steuergerät, verbunden sein, so dass aus den erfassten Magnetfeldsignalen eine in dem Kontaktelement 3 bzw. dem elektrischen Leiter 5 bzw. in den Kontaktelementen 3 bzw. in den elektrischen Leitern 5 fließende Stromstärke bestimmt werden kann.
Abschließend sei angemerkt, dass das Steckverbindersystem 1 nicht auf die Anwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt ist.

Claims

Ansprüche:
1. Steckverbindersystem zum Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung (E) mit einem Gegensteckverbinder (50), das Steckverbindersystem (1) aufweisend:
-- ein Gehäuse (2);
-- wenigstens ein Kontaktelement (3) mit einem freien Ende (4);
-- ein EMV-Filterelement (20);
wobei das EMV-Filterelement (20) einen Schaltungsträger (22) und wenigstens ein auf dem Schaltungsträger (22) angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement (24) aufweist,
wobei das EMV-Filterelement (20) elektrisch mit dem wenigstens einen
Kontaktelement (3) verbunden ist,
wobei das EMV-Filterelement (20) in einem Abstand (D) von nicht mehr als 20cm, bevorzugt nicht mehr als 10cm von dem freien Ende (4) des Kontaktelements (3) angeordnet ist,
wobei das Steckverbindersystem (1) insbesondere für den Betrieb bei hohen Strömen im Bereich von 10A bis 1200A eingerichtet ist.
2. Steckverbindersystem nach Anspruch 1,
wobei das Steckverbindersystem (1) wenigstens einen elektrischen Leiter (5) zum Verbinden mit einer vom EMV-Filterelement (20) und vom Gegensteckverbinder (50) verschiedenen elektrischen oder elektronischen Komponente (70) aufweist, wobei der Schaltungsträger (22) den wenigstens einen elektrische Leiter (5) entlang einer Umlaufrichtung (U) um den wenigstens einen elektrischen Leiter (5) herum um höchstens 270° umschließt,
wobei der wenigstens eine elektrische Leiter (5) von dem Kontaktelement (3) verschieden ist und mit dem wenigstens einen Kontaktelement (3) elektrisch verbunden ist
oder
wobei der wenigstens eine elektrische Leiter (5) das wenigstens eine
Kontaktelement (3) ist.
3. Steckverbindersystem nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei der Schaltungsträger (22) mit seiner Haupterstreckungsebene (P) parallel zu dem wenigstens einen elektrischen Leiter (5) auf dem wenigstens einen elektrischen Leiter (5) angeordnet ist.
4. Steckverbindersystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steckverbindersystem (1) wenigstens zwei elektrische Leiter (5) aufweist, wobei das EMV-Filterelement (20) elektrisch mit zwei oder mehr elektrischen Leitern (5) verbunden ist.
5. Steckverbindersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Schaltungsträger (22) elektrisch direkt mit jedem Kontaktelement (3) verbunden ist.
6. Steckverbindersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das EMV-Filterelement (20) am oder im Gehäuse (2) festgelegt ist.
7. Steckverbindersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das EMV-Filterelement (20) für den Betrieb bei hohen Spannungen von mehr als 40V, bevorzugt mehr als 200V und ganz besonders bevorzugt von mehr als 400V eingerichtet ist.
8. Steckverbindersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steckverbindersystem (1) ein thermisch leitendes Element (30) aufweist, wobei das thermisch leitende Element (30) mit einem ersten Abschnitt (32) mit dem EMV-Filterelement (20) thermisch leitend gekoppelt ist,
wobei das thermisch leitende Element (30) einen vom ersten Abschnitt (32) verschiedenen zweiten Abschnitt (34) aufweist, der zur Ankopplung an eine thermische Senke (82) eingerichtet ist.
9. Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
wobei zwischen dem Schaltungsträger (20) und jedem der elektrischen Leiter (3) ein als separates Element ausgebildetes thermisches Isolierelement (6) angeordnet ist.
10. Steckverbindersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steckverbindersystem (1) einen Schirmleiter (7) zum Anschließen an einen Gegenschirmleiter (57) des Gegensteckverbinders (50) aufweist, wobei das EMV-Filterelement (20) an den Schirmleiter (7) angeschlossen ist, insbesondere wobei ein Masseanschluss (27) des E MV- Filterelements (20) an den Schirmleiter (7) angeschlossen ist.
11. Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
wobei das Steckverbindersystem (1) einen Fluss- Konzentrator (40) aufweist, der den elektrischen Leiter (5) entlang der Umlaufrichtung (U) zumindest entlang eines Umlaufwinkels von 270° umläuft.
12. Steckverbindersystem nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei der Fluss- Konzentrator (40) einen Schlitz (42) derart aufweist, dass der Fluss- Konzentrator (40) nicht ringförmig geschlossen ist,
wobei der Schlitz (42) zum Einbringen eines Magnetfeldsensors (48), insbesondere eines Hall-Sensors (49), eingerichtet ist.
13. Steckverbindersystem nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei im Schlitz (42) ein Magnetfeldsensor (48), insbesondere ein Hall-Sensor (49), angeordnet ist.
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