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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kombinierten elektrischer
Steckverbinder und insbesondere auf einen derartigen Steckverbinder,
bei dem in einem Außengehäuse zwei
jeweils mit elektrischen Kontaktelementen bestückte Innengehäuse aufgenommen
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar im Zusammenhang
mit einem sogenannten Interlockkreis in einem Kraftfahrzeug.
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Werden
in Kraftfahrzeugen elektrische Geräte mit Spannungen oberhalb
des Niedervoltbereiches, also oberhalb von 60 V, betrieben, so ist
es aus Sicherheitsgründen
notwendig, Kontrollmechanismen zur Überwachung von Isolationsschäden sowie
zur Erkennung von Service- und/oder Diagnosearbeiten und noch nicht
abgeschlossenen Montagevorgängen
am Hochvoltbordnetz und dessen Komponenten zu installieren. Eine
Möglichkeit
ist die Installation eines Kontrollstromkreises, eines sogenannten
Interlockkreises. Wird dieser Interlockkreis unterbrochen, dann
sorgen spezielle Vorrichtungen dafür, dass anliegende Spannungen möglichst
schnell reduziert werden. Dies kann beispielsweise durch ein Schütz, das
den Stromkreis unterbricht, oder das Entladen eines Kondensators
erfolgen.
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Insbesondere
bei Kraftfahrzeugen, die durch einen Elektromotor angetrieben werden,
liegen aufgrund der erforderlichen Leistungen Spannungen im Bereich
von 300 V bis 650 V vor. Insbesondere bei Steckverbindern, die den
Elektromotor mit anderen Komponenten, wie beispielsweise dem Getriebegehäuse, verbinden, ist
daher aus Sicherheitsgründen
erforderlich, dass der Interlockkreis zuverlässig geöffnet wird, wenn der leistungsversorgende
Steckverbinder demontiert wird.
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Generell
tritt insbesondere im Bereich der Kaftfahrzeugelektronik häufig das
Problem auf, dass Steckverbindungen geschlossen werden müssen, bei
denen die Position der beiden zu verbindenden Komponenten in Bezug
aufeinander mit signifikanten Toleranzen behaftet ist.
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Aus
der
US 7,393,229 B2 ist
eine drehbare Halterung für
einen Steckverbinder bekannt, der zum Ausgleich von Positionsabweichungen
in x, y-Richtung eine rotatorische Bewegung des Steckverbinders
erlaubt, so dass die Kontaktierung des Gegensteckers erfolgen kann.
Die in dieser Druckschrift gezeigte Steckverbinderanordnung dient
weiterhin dazu, die radiale Positionsabweichung zwischen einem Steckverbinder
und seinem Gegensteckverbinder unter Berücksichtigung einer Sorte von
geometrischen Toleranzen zu kompensieren.
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Die
US 6,739,893 B2 bezieht
sich auf eine Anordnung mit einem in dem Gehäuse einer elektronischen Baugruppe
integrierten Steckeranschluss, der einen Toleranzausgleich in x,
y-Richtung ermöglicht.
Hierzu ist eine in einer Aussparung des Gehäuses beweglich gelagertes Einsatzteil
mit Pindurchbrüchen
vorgesehen. Durch ein Übermaß an der
Verbindungsstelle von Einsatzteil und Gehäuse wird bei der Bildung des
Steckeranschlusses durch Verbindung des Einsatzteils mit dem Schaltungsträger eine
Ausrichtung der Pindurchbrüche
des Einsatzteils bezüglich
der Kontaktierungselemente ermöglicht.
Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Anordnung wird beispielsweise
bei elektronischen Baugruppen verwendet, die als Steuergerät in einem Kraftfahrzeug
fungieren. Es werden also durch Vorsehen eines lateralen Spiels
Toleranzen in x, y-Richtung ausgeglichen.
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Aus
der
US 7,044,751 B2 ist
eine Anordnung zum Verbinden einer Leiterplatte mit einer ersten
und einer zweiten Steuerung bekannt. In dieser Druckschrift wird
vorgeschlagen, beim Verlöten
einer elektronischen Baugruppe mit einer Leiterplatte die Anschlüsse, die
zu einer zweiten elektronischen Steuerung gehören, nicht direkt zu verlöten, sondern über einen
Zwischenadapter, so dass im Fall eines Defekts die beiden Steuerungen
leicht getrennt werden können.
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Die
US 6,065,988 bezieht sich
auf eine Montagestruktur für
ein elektrisches Modul. Dabei ist eine Anzahl gleichartiger elektrischer
Kontakte in einem beweglichen Innengehäuse gehalten und dieses Innengehäuse wird
mit Federkraft gegen den zugehörigen
Gegenkontakt gedrückt.
Die Feder stützt
sich dabei gegen das Außengehäuse. Diese
Anordnung ist geeignet, einen ausreichenden Anpressdruck zwischen
Stirnkontakten und ihren Gegenkontakten auch bei Vorliegen von Vibrationen,
beispielsweise bei der Kontaktierung eines Armaturenbretts in einem
Kraftfahrzeug sicherzustellen.
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Aus
der
DE 199 19 598
A1 ist eine Steckverbinderanordung zum Sichern von verschiedenen
gleichartigen Kabelbaumsteckern an der Unterseite eines elektrischen
Verbindungsblocks für
eine blinde Montage bekannt. Die Steckverbinderanordnung gemäß dieser
Druckschrift umfasst eine Klammer zur schwimmenden Aufnahme dieser
Steckverbinder. Die Steckverbinder werden in der Klammer so gehalten,
dass sie innerhalb ihrer Kammern in und entgegen der Zusammensteckrichtung
um jeweils begrenzte, vorbestimmte Abstände verschieblich sind. Die
Klammer mit den darin montierten, insbesondere eingerasteten, Steckverbindern
wird dann in einer unteren Abdeckung montiert und diese wird über den
Verbindungsblock gesteckt. Schraubbolzen, die drehbar in dem Verbindungsblock
gehalten sind, können
nun so mit den Steckverbindern verschraubt werden, dass die Steckverbinder
nach oben in ihren Kammern gezogen werden, bis sie die elektrische
Verbindung hergestellt haben. Anschläge sind vorgesehen, um die
Bewegung der Steckverbinder in Richtung auf den Gegensteckverbinder
zu begrenzen und dadurch Beschädigungen
zu verhindern.
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Bekannte
Steckverbinder gehen jedoch stets von der Annahme aus, dass für alle zu
schließenden Kontakte
dieselben geometrischen Toleranzen gelten. Ein kombinierter Steckverbinder,
der sich aus mehr als einem Steckersystem zusammensetzt, ist in
den bekannten Anordnungen nicht betrachtet.
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Die
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht
darin, einen kombinierten elektrischen Steckverbinder anzugeben,
der es ermöglicht,
Steckverbinder unterschiedlicher Systeme und insbesondere solche
mit unterschiedlichen geometrischen Toleranzen in Steckrichtung
simultan zu stecken und zu lösen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Dabei
basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, in einem Außengehäuse eine
erste und eine zweite Aufnahme zum Halten des ersten beziehungsweise
des zweiten Innengehäuses
vorzusehen und die zweite Aufnahme so auszuformen, dass das zweite
Innengehäuse
mit Bezug auf das Außengehäuse in Steckrichtung
verschieblich gehalten ist.
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Auf
diese Weise können
Toleranzen zwischen dem zweiten Steckverbinder und seinem Gegensteckverbinder
auch dann ausgeglichen werden, wenn sie wesentlich größer sind
als die für
den ersten Steckverbinder und seinen Gegensteckverbinder zulässigen geometrischen
Abweichungen. Insbesondere bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug
kann das erste Innengehäuse
einem Hochvoltspannungsversorgungskontakt und das zweite Innengehäuse einem
Interlocksteckverbinder zugeordnet sein. Dann löst die erfindungsgemäße Anordnung
die Aufgabe, gegebenenfalls wesentlich größere Toleranzen an dem Interlockkreis
ausgleichen zu können,
und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Verbindung des Interlockkreises
beim Entfernen des kombinierten Steckverbinders geöffnet wird.
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Durch
Verwendung des erfindungsgemäßen kombinierten
Steckverbinders, bei dem mit einem Demontageschritt sowohl der spannungsführende Hochvoltsteckverbinder
wie auch der Interlockkreis geöffnet werden,
wird größtmögliche Sicherheit
für einen
Servicetechniker erreicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die zweite Aufnahme weiterhin eine
Halteeinrichtung auf, die das zweite Innengehäuse unlösbar in dem Außengehäuse sichert.
Damit kann erreicht werden, dass im Servicefall der Interlockstecker,
der Bestandteil des Niedervoltkabelbaums ist, nicht ohne Hilfsmittel
aus dem Gehäuseausgebaut
werden kann.
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Die
Aufnahme für
den kleinen Interlockstecker wird in dem Hochvoltsteckergehäuse so konstruiert, dass
der Toleranzausgleich von ca. ±1
mm in z-Richtung ausgeglichen werden kann. Dies ist beispielsweise die
Einbautoleranz zwischen der E-Maschine und dem Getriebegehäuse. Selbstverständlich kann
aber die erfindungsgemäße kombinierte
Steckverbinderlösung
nicht nur im Hochvoltstromkreis bei Hydrid- und Elektrofahrzeugen,
sondern überall
dort verwendet werden, wo unterschiedliche Toleranzausgleiche zwischen
zwei oder mehr Steckverbindersystemen erreicht werden müssen. Darüber hinaus
ist mit der erfindungsgemäßen Lösung erreicht,
dass der Interlockstecker sich nicht ohne Hilfswerkzeug aus dem
Hochvoltsteckergehäuse aufbauen
lässt.
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Die
Halteeinrichtung, welche das zweite Innengehäuse in dem Außengehäuse sichert,
kann beispielsweise durch zwei Anschlagkanten, zwischen denen das
Innengehäuse
verschieblich ist, realisiert werden.
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Sieht
man vor, dass die zweite Aufnahme eine Stecköffnung zum Herstellen der Steckverbindung
mit dem zweiten Gegensteckverbinder und eine Montageöffnung zum
Montieren des zweiten Innengehäuses
in dem Außengehäuse aufweist,
so können
auf einfache Weise bestehende Steckverbindersysteme als zweites Innengehäuse verwendet
werden. Für
eine besonders einfache Montage kann die zweite Aufnahme eine im Wesentlichen
rohrförmige
Gestalt aufweisen, wobei sich die Stecköffnung und die Montageöffnung aneinander gegenüberliegenden
Endbereichen befinden.
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Zum
Sichern der einmal geschlossenen Steckverbindung können sowohl
das erste wie auch das zweite Innengehäuse mit dem jeweiligen Gegensteckverbinder
verriegelbar sein. Dies macht beispielsweise federnde Halterungen
der Innengehäuse
unnötig.
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Damit
in einem Servicefall das zweite Innengehäuse zusammen mit dem übrigen Steckverbinder
gelöst
werden kann, ist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Verriegelungsvorrichtung
der Steckverbindung mit dem zweiten Gegensteckverbinder von außen zugänglich und
insbesondere lösbar.
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Insbesondere
im Kraftfahrzeugbereich ist es häufig
erforderlich, die elektrischen Kontakte vor Eindringen der Feuchtigkeit
und Staub zu schützen.
Daher können
sowohl das erste wie auch das zweite Innengehäuse gegenüber ihren jeweiligen Gegensteckverbindern
mittels einer Dichteinrichtung abgedichtet sein.
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Die
vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere
dann zum Tragen, wenn das erste Innengehäuse bezüglich Kriechstromfestigkeit
und Spannungsfestigkeit als Hochvoltsteckverbinder einsetzbar ist
und das zweite Innengehäuse
einem simultan mit dem Hochvoltsteckverbinder zu kontaktierenden
Interlocksicherheitskreis zugeordnet ist.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei
werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen
versehen. Weiterhin können
auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten
und beschriebenen Ausführungsformen
für sich
eigenständige
erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines kombinierten elektrischen Steckverbinders
während
der Montage des zweiten Innengehäuses;
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2 eine
perspektivische Darstellung des steckbereiten kombinierten Steckverbinders;
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3 eine
gedrehte Ansicht der Anordnung aus 2;
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4 eine
geschnittene Darstellung des kombinierten elektrischen Steckverbinders
der 2.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung den erfindungsgemäßen kombinierten
elektrischen Steckverbinder 100 gemäß einer ersten vorteilhaften
Ausführungsform.
In der gezeigten Ausführungsform weist
der kombinierte elektrische Steckverbinder 100 ein Außengehäuse 102 auf,
das hier die Form eines gedichteten dreipoligen gedichteten Hochvoltsteckverbinders
hat.
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Damit
beim Lösen
des Außengehäuses 102 gleichzeitig
ein Interlockkreis geöffnet
und die Spannungsversorgung entsprechend abgeschaltet wird, ist
in dem Außengehäuse 102 weiterhin
ein Interlockverbinder 104 als zweites separates Innengehäuse montiert.
Der Interlockstecker 104 ist Bestandteil des Niedervoltkabelbaums
und wird bei der Fahrzeugmontage in Richtung 106 in das
Hochvoltsteckergehäuse 102 gefügt.
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Wie
insbesondere aus der Schnittdarstellung der 4 noch deutlich
wird, ist der Interlockstecker 104 an dem Außengehäuse 102 in
einer Aufnahme 108 so gehalten, dass er zum Einen in Richtung 106,
d. h. der z-Richtung, verschieblich gehalten ist und zum Anderen
nach dem ersten Einfügen
in die Aufnahme 108 nurmehr mit Spezialwerkzeug von dem
Außengehäuse 102 trennbar
ist. Diese zweite Aufnahme 108 hat eine im Wesentlichen
rohrförmige
Ausgestaltung, wenngleich mit einem komplexen Durchmesser, der an
die Außenkontur
des Interlocksteckers 104 angepasst ist.
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Der
Interlockstecker 104 besitzt, wie aus 1 ersichtlich,
eine Verriegelungsvorrichtung, eine sogenannte Connector Position
Assurance (CPA) 110. Damit der Interlockstecker gelöst werden
kann, wenn der gesamte kombinierte elektrische Steckverbinder 100 abgenommen
werden soll, bleibt die CPA 110 für einen Monteur von außen zugänglich.
Zum Schutz vor einem unbeabsichtigten Lösen der CPA ist an dem Außengehäuse 102 ein
Rahmen 122 angeformt.
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In
dem Außengehäuse 102 wird
außerdem
ein erstes Innengehäuse 112 aufgenommen,
das den Hochvoltkontakt schließt.
Beispielsweise über
eine Verschraubung 114 kann die kombinierte Steckverbinderanordnung 100 an
einem Gehäuse
einer Baugruppe, beispielsweise einem Getriebe, gesichert werden.
Alternativ können
hier aber auch Verrastungsvorrichtungen vorgesehen sein.
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Die 2 und 3 zeigen
den kombinierten elektrischen Steckverbinder in zwei Ansichten im
zusammengesteckten Zustand. Um die Übersicht zu wahren, sind die
Kabelzuführungen
nicht gezeigt. Insbesondere werden an den Kontaktaufnahmen 116 abgedichtete
Kabelkontakte eingeführt,
wie dies für
derartige Hochvoltsteckverbinder allgemein bekannt ist.
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4 zeigt
in einer geschnittenen Darstellung die erfindungsgemäße kombinierte
Steckverbinderanordnung, wobei zur Wahrung der Übersichtlichkeit alle elektrisch
leitfähigen
Teile, wie Kabel, Steckerstifte und Buchsen, nicht dargestellt sind.
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Wie
aus 4 ersichtlich, weist die Aufnahme 108,
in welcher das zweite Innengehäuse 104 gehalten ist,
zwei Anschläge 118, 120 auf,
zwischen denen das zweite Innengehäuse in Richtung 106 verschieblich
gehalten ist. Die Hochvoltkontakte sind in einem ersten Innengehäuse 112,
das bezüglich
der Spannungsfestigkeit und Kriechstromfestigkeit den Anforderungen
an ein Hochvoltgehäuse
genügt,
gehalten. Da die Hochvoltsteckverbinder wesentlich engeren Toleranzen
genügen,
kann das erste Innengehäuse 112 spielfrei
in einer ersten Aufnahme 126 des Außengehäuses 102 gelagert
sein. Allerdings ist selbstverständlich
auch möglich, dass
erste Innengehäuse
ebenfalls beweglich in dem Außengehäuse 102 zu
haltern.
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Um
das zweite Innengehäuse 104 an
dem zugehörigen
Gegenkontakt zu sichern, ist gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Verriegelungsvorrichtung, eine sogenannte
CPA (connector position assurance) 110 vorgesehen. Weiterhin
ermöglicht
eine Dichtvorrichtung 124 ein abgedichtetes Zusammenstecken
zwischen dem zweiten Innengehäuse 104 und
dem zugehörigen
Gegensteckverbinder.
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Soll
in einem Servicefall der kombinierte Steckverbinder
100 abgenommen
werden, so muss erfindungsgemäß auch der
Interlocksteckverbinder
104 gelöst werden, da das zweite Innengehäuse
104 zwischen den
beiden Anschlägen
120 und
118 so
gehalten ist, dass ein Spezialwerkzeug zum Trennen des Außengehäuses
102 und
dem zweiten Innengehäuse
104 erforderlich
ist. Ohne die Verwendung eines solchen Spezialwerkzeugs wird entweder
die Aufnahme
108 oder das Gehäuse
104 bei dem Versuch,
den Interlockstecker an seinem Gegensteckverbinder zu belassen,
irreversibel beschädigt.
Die Abstände
der beiden Anschläge
118 und
120 sind
erfindungsgemäß so groß gewählt, dass
Einbautoleranzen von ca. ±1
mm in z-Richtung ausgeglichen werden können. Bezugszeichen
| 100 | Kombinierter
elektrischer Steckverbinder |
| 102 | Außengehäuse |
| 104 | zweites
Innengehäuse,
insbesondere Interlockstecker |
| 106 | Steckrichtung,
insbesondere z-Richtung |
| 108 | zweite
Aufnahme |
| 110 | Verriegelungsvorrichtung
(CPA) |
| 112 | erstes
Innengehäuse,
insbesondere Hochvoltstecker |
| 114 | Sicherungsvorrichtung |
| 116 | Kontaktaufnahmen |
| 118 | erster
Anschlag |
| 120 | zweiter
Anschlag |
| 122 | Rahmen
zum Schutz der CPA |
| 124 | Dichtungsvorrichtung |
| 126 | erste
Aufnahme |