DE102016200451A1

DE102016200451A1 - Berührgeschützte, verschraubbare elektrische Verbindung mit Toleranzausgleich

Info

Publication number: DE102016200451A1
Application number: DE102016200451.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Linse; Philip Rättich; Matthias Wagner; Jürgen Herold
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-16
Also published as: DE102016200451B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung (22) zum elektrischen Verbinden eines Stromleiters (6) mit einem elektrischen Anschluss (20), mit einem Schraubelement (1) zum Befestigen des Stromleiters (6) an dem elektrischen Anschluss (20); einer Stromleiter-Abdeckung (5), die einen Abschnitt des Stromleiters (6) zum Berührschutz abdeckt; einer Anschluss-Abdeckung (16), die den elektrischen Anschluss (20) zum Berührschutz abdeckt; einem Gleitkörper (8), der innerhalb der Stromleiter-Abdeckung (5) quer zur Längsrichtung des Schraubelements (1) gleitfähig ist und einen Kontaktkörper (9) sowie einen Führungskörper (10) aufweist, und einem Führungsvorsprung (17), der an dem elektrischen Anschluss (20) angeordnet ist, wobei der Kontaktkörper (9) eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter (6) und dem elektrischen Anschluss (20) herstellt und vollständig innerhalb der Stromleiter-Abdeckung (5) angeordnet ist, wobei der Führungskörper (10) einerseits das Schraubelement (1) führt und andererseits den Gleitkörper (8) gegenüber dem Führungsvorsprung (10) ausrichtet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Verbindungsvorrichtung (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine verschraubbare Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Stromleiters mit einem elektrischen Anschluss.
Zum Anschluss von Hochvoltspeichern sind grundsätzlich zwei Verbindungstechniken bekannt. So können elektrische Leitungen, insbesondere Stromschienen, an die Pole des Hochvoltspeichers geschraubt werden. Eine andere Möglichkeit bietet die Verbindung mittels Steckern. Der Vorteil der Steckverbindungen liegt in dem einfacher zu realisierenden Berührschutz, jedoch sind Steckverbindungen nur bis zu bestimmten Strömen verwendbar, da nur eine begrenzte Stromtragfähigkeit besteht. Bei sehr hohen Strömen müssen Schraubverbinder eingesetzt werden, weil diese einen geringeren Kontaktwiderstand haben.
Bei Schraubverbindungen könnte der Leiter berührt werden, so dass diese von geschultem Fachpersonal zu verschrauben sind. Des Weiteren muss mit Schutzausrüstung gearbeitet werden. Gerade bei hohen Spannungen/hohen Strömen bietet sich die Verwendung von Stromschienen (oder sehr dicken Kabeln) als Leiter an. Aufgrund der Starrheit dieser Stromschienen ist jedoch eine Positionierung der Stromschienen-Kontaktstelle an dem anzuschließenden Pol, gerade im Hinblick auf die Montage unter Spannung, problematisch.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindungsvorrichtung mit Berührschutz für hohe Spannungen zu schaffen, die einfach zu montieren ist. Diese Aufgabe wird mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, einer Energieversorgungsanordnung gemäß Anspruch 9 und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Stromleiters mit einem elektrischen Anschluss, insbesondere einem Pol eines elektrischen Energiespeichers, bereitgestellt, mit einem Schraubelement zum Befestigen des Stromleiters an dem elektrischen Anschluss; einer Stromleiter-Abdeckung, die einen Abschnitt des Stromleiters zum Berührschutz, insbesondere nach außen hin, abdeckt; einer Anschluss-Abdeckung, die den elektrischen Anschluss zum Berührschutz, insbesondere nach außen hin, abdeckt; einem Gleitkörper, der innerhalb der Stromleiter-Abdeckung quer zur Längsrichtung des Schraubelements gleitfähig ist und einen Kontaktkörper sowie einen Führungskörper aufweist, und einem Führungsvorsprung, der an dem elektrischen Anschluss angeordnet ist, wobei der Kontaktkörper eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter und dem elektrischen Anschluss herstellt und vollständig innerhalb der Stromleiter-Abdeckung angeordnet ist, wobei der Führungskörper einerseits das Schraubelement führt, insbesondere wird das Schraubelement innerhalb der Stromleiter-Abdeckung ausschließlich vom Führungskörper geführt, und andererseits den Gleitkörper gegenüber dem Führungsvorsprung ausrichtet. Durch dieses Ausführungsbeispiel wird eine Verbindungsvorrichtung geschaffen, die durch ihre Verschraubung für hohe Ströme geeignet ist. Ebenfalls wird durch die Abdeckungen ein Berührschutz geschaffen. Die Verschiebbarkeit des Gleitkörpers schafft einen Toleranzausgleich, der eine einfache Positionierung der Stromleiter-Kontaktstelle über dem elektrischen Anschluss auch dann ermöglicht, wenn ein Stromleiter aufgrund seiner Starrheit schwierig zu positionieren ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Verbindungsvorrichtung ferner ein an dem elektrischen Anschluss angeordnetes Kontaktelement auf, welches eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter und dem elektrischen Anschluss herstellt und in einem fertig montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung den Kontaktkörper berührt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Kontaktelement zwischen dem Führungsvorsprung und der Anschluss-Abdeckung angeordnet. Dadurch ist das Kontaktelement berührgeschützt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Führungsvorsprung und/oder der Führungskörper einen hohlzylinderförmigen Abschnitt auf. Dadurch wird ein gutes Ineinandergreifen (Einfädeln) aus allen Richtungen erreicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest eine gewindeabgewandte Seite eines Kopfs des Schraubelements mit einem elektrisch isolierenden Material bedeckt, insbesondere ist die gewindeabgewandte Seite eines Schraubenkopfs vollständig mit dem elektrisch isolierenden Material bedeckt. Dadurch wird der Berührschutz verbessert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Verbindungsvorrichtung ferner ein Schraubelementgegenstück an dem elektrischen Anschluss auf, das mit dem Schraubelement mittels Gewinde in Eingriff bringbar ist, wobei im montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung eine elektrische Verbindung von dem Stromleiter zu dem elektrischen Anschluss einerseits über den Kontaktkörper und das Kontaktelement und andererseits über das Schraubelement und das Schraubelementgegenstück hergestellt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kontaktkörper in einem Zwischenraum zwischen dem Führungskörper und der Stromleiter-Abdeckung angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Führungskörper und/oder der Führungsvorsprung eine Fase zum Einfädeln ineinander auf.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Energieversorgungsanordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1a zeigt ein Schraubelement der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1b zeigt eine Stromleiter-Abdeckung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung;
1c zeigt einen Gleitkörper der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung;
1d zeigt einen anschlussseitigen Aufbau der Verbindungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt eine Verschiebbarkeit des Gleitkörpers aus 1c in der Stromleiter-Abdeckung aus 1b, und die
3a bis 3c zeigen das Errichten einer elektrischen Verbindung mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.
Die 1a bis 1d zeigen einzelne Komponenten der Verbindungsvorrichtung in einem voneinander getrennten Zustand.
1a zeigt ein Schraubelement 1 in Form einer Schraube mit einem Kopf 2 und einem mit einem Außengewinde versehenen Schaft 3. Das Schraubelement 1 kann aber beispielsweise auch mit einem hohlzylinderförmigen und mit Innengewinde versehenen Schaft ausgebildet werden. Der Kopf 2 kann auf seiner gewindeabgewandten Seite zum Berührschutz mit einem elektrisch isolierenden Material 4 bedeckt sein, insbesondere ist die gesamte gewindeabgewandte Seite des Kopfs 2 mit diesem Material 4 bedeckt. Das Schraubelement 1 ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Stahl.
1b zeigt eine Stromleiter-Abdeckung 5 in der ein Längsabschnitt eines Stromleiters 6 aufgenommen ist. Der Stromleiter 6 ist insbesondere eine Stromschiene, kann aber auch eine Leitung, ein Kabel oder ein(e) mit Kabelschuh versehene(s) Leitung/Kabel. Der Stromleiter 6 ist selbstverständlich aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium und dient vorzugsweise der Bereitstellung einer elektrischen Spannung von einem Hochvolt-Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs an zu versorgende elektrische Komponenten eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere dient der Stromleiter 6 der Bereitstellung sehr hoher Spannungen von vorzugsweise mehr als 350 V. In dem Stromleiter 6 ist eine Durchgangsöffnung 7 ausgebildet, durch welches sich im zusammengebauten Zustand der Verbindungsvorrichtung das Schraubelement 1 erstreckt. Die Stromleiter-Abdeckung 5 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, hergestellt.
1c zeigt einen Gleitkörper 8, welcher einen Kontaktkörper 9 sowie einen Führungskörper 10 aufweist. Der Kontaktkörper 9 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und der Führungskörper 10 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Der Kontaktkörper 9 ist mit dem Führungskörper 10 verbunden, vorzugsweise nicht-zerstörungsfrei lösbar verbunden, insbesondere verklebt. Der Führungskörper 10 umfasst zwei konzentrische hohlzylinderförmige Abschnitte 11, 12 die einstückig, vorzugsweise monolithisch, miteinander mittels eines sich zwischen ihnen erstreckenden Stegs verbunden sind. Der äußere hohlzylinderförmige Abschnitt 11 ist größer als der Innere 12 und an seinem dem Stromleiter abgewandtem Ende auf der Innenseite mit einer Führungfase 13 und auf der Außenseite mit einer Führungsfase 14 versehen. Das Innere des hohlzylindrischen Abschnitts 12 bildet eine Schraubelementöffnung 15 aus.
1d zeigt einen anschlussseitigen Aufbau der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser umfasst eine Anschlussabdeckung 16, einen Führungsvorsprung 17 ein Kontaktelement 18 sowie ein Schraubelementgegenstück 19. Das Schraubelementgegenstück 19 hat einen hohlzylinderförmigen Abschnitt, der mit einem Innengewinde versehen ist. Von einer dem stromleiterseitigen Aufbau abgewandten Seite des hohlzylindrischen Abschnitts erstreckt sich ein tellerförmiger Abschnitt senkrecht zum hohlzylindrischen Abschnitt radial nach außen. Auf diesem tellerförmigen Abschnitt liegt das Kontaktelement 18 auf, d.h. die Teile berühren sich und sind elektrisch miteinander verbunden. Das Kontaktelement 18 hat ebenfalls einen hohlzylinderförmigen Abschnitt von dem ein Ende angepasst ist, mit dem Kontaktkörper 9 in Berührung zu kommen und von dessen anderem Ende sich ebenfalls ein tellerförmiger Abschnitt radial nach außen erstreckt. Der Führungsvorsprung 17 hat einen hohlzylinderförmigen Abschnitt mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des äußeren hohlzylindrischen Abschnitts 11 entspricht. Die Anschlussabdeckung 16 sowie der Führungsvorsprung 17 sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, wohingegen das Kontaktelement 18 und das Schraubelementgegenstück 19 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Dieser anschlussseitige Aufbau ist einem mit dem Stromleiter 6 elektrisch zu verbindenden elektrischen Anschluss zugeordnet. Dieser elektrische Anschluss ist beispielsweise ein Pol des elektrischen Energiespeichers. Je nach Anordnung des anschlussseitigen Aufbaus gegenüber dem elektrischen Anschluss selbst, kann beispielsweise Bezugszeichen 20 den elektrischen Anschluss kennzeichnen. Falls beispielsweise der elektrische Anschluss seitlich angeordnet ist, dann kann Bezugszeichen 20 auch eine elektrisch isolierende Abdeckung kennzeichnen. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass das Kontaktelement 18 und optional das Schraubelementgegenstück 19 elektrisch mit dem elektrischen Anschluss verbunden sind.
Alle Figuren sind mit einem rechtwinkligen Koordinatensystem versehen, dessen x-Achse parallel zur Längsachse des Stromleiters 6 verläuft, dessen z-Achse parallel zur Längsachse des Schraubelements 1 verläuft und dessen y-Achse rechtwinklig zur x- und z-Achse ist.
2 zeigt einen Zustand, in dem der Gleitkörper 8 in die Stromleiter-Abdeckung 5 eingesetzt ist. Der Stromleiter 6 wird derart von der Stromleiter-Abdeckung 5 umgeben, dass die Stromleiter-Abdeckung 5 zumindest innerhalb einer Normalebene (yz-Ebene) zu einer Längsachse des Stromleiters 6 (x-Achse) fixiert ist. Das heißt beispielsweise, bezüglich der Darstellung in 2 kann die Stromleiter-Abdeckung 5 gegenüber dem Stromleiter 6 im Wesentlichen nicht nach oben oder seitlich bewegt werden, sondern ist gegenüber dem Stromleiter 6 fixiert. Der Gleitkörper 8, insbesondere der Kontaktkörper 9, werden durch einen oder mehrere Vorsprünge 21, die einstückig an der Stromleiter-Abdeckung 5 ausgebildet sind, in der Stromleiter-Abdeckung 5 gehalten. Vorzugsweise berührt der zumindest eine Vorsprung 21 eine Stromleiter abgewandte Seite des Kontaktkörpers 9, sodass der Gleitkörper 8 in einer xy-Ebene gleitfähig ist und in jeder Position dieser Gleitbewegung die Stromleiter zugewandte Seite des Kontaktkörpers 9 den Stromleiter 6 berührt, insbesondere ist in jeder Position innerhalb des Bewegungsspielraums des Gleitkörpers 8 die gesamte Stromleiter zugewandte Seite des Kontaktkörpers 9 mit dem Stromleiter 6 in Berührung. Entlang der z-Achse ist der Gleitkörper 8 durch die Fixierung mittels des zumindest einen Vorsprungs 21 und der Gleitschiene 6 andererseits nicht verschiebbar. Der Vorsprung 21 kann beispielsweise ein einzelner umlaufender Vorsprung sein oder es kann sich um mehrere voneinander beabstandete Vorsprünge 21 handeln.
Die 3a bis 3c zeigen das Errichten einer elektrischen Verbindung mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 22, wobei in 3a ein stromleiterseitiger Aufbau der Verbindungsvorrichtung 22 an den anschlussseitigen Aufbau der Verbindungsvorrichtung 22 angenähert wird, in 3b der Führungskörper 10 am Führungsvorsprung 12 eingefädelt hat und in 3c die Verbindungsvorrichtung 22 vollständig zusammengebaut bzw. montiert ist.
Zum elektrischen Verbinden des Stromleiters 6 am elektrischen Anschluss 20 wird die Stromleiter-Abdeckung 5 mit eingesetztem Gleitkörper 8 an dem zu befestigenden Ende bzw. Abschnitt befestigt, beispielsweise aufgesteckt und das Schraubelement 1 eingesetzt. Wie in den 3a bis 3c dargestellt, erstreckt sich das Schraubelement 1 durch die Durchgangsöffnung 7 des Stromleiters 6 und die Schraubelementöffnung 15 des Führungskörpers 10. In diesem Zustand wird der stromleiterseitige Aufbau der Verbindungsvorrichtung 22 auf den anschlussseitigen Aufbau der Verbindungsvorrichtung 22 zubewegt bis die Führungsfase 13 an einer Fangfase 23 des Führungsvorsprungs 17 einfädeln. Die Fangfase 23 ist an dem dem Stromleiter 6 zugewandten Ende des Führungsvorsprungs 17 auf dessen Außenseite ausgebildet. An dem stromleiterseitigen Aufbau zugewandten Ende der Anschluss-Abdeckung 16 ist auf der nach Innen gewandten Seite eine Fase 25 ausgebildet, die ebenfalls dabei unterstützt, den Kontaktkörper 9 und damit den Gleitkörper 8 auszurichten und zu zentrieren. Mittels des Einfädelns der Führungsfase 13 mit der Fangfase 23 und der Verschiebbarkeit des Gleitkörpers 8 wird das Schraubelement 1 bezüglich des Schraubelementgegenstücks 19 zentriert, so dass das Schraubelement 1 einfach und ohne optisches Justiererfordernis in das Schraubelementgegenstück 19 eingeschraubt werden kann. Außerdem wird der Kontaktkörper 8 gegenüber dem Kontaktelement 18 ausgerichtet und durch Schrauben des Schraubelements 1 in das Schraubelementgegenstück 19 aneinandergedrückt, so dass eine gute Kontaktierung für hohe Stromtragfähigkeit sichergestellt wird.
3c zeigt den montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung 22. Wie erkennbar ist, ist der Stromleiter 6 nicht zentriert über dem elektrischen Anschluss ausgerichtet. Dies ist daran zu erkennen, dass ein Zwischenraum 24 größer ist als der entsprechende gegenüberliegende Zwischenraum. Trotzdem ist durch die Verschiebbarkeit des Gleitkörpers 8 eine leichte Montage mit Berührschutz und optimierter Kontaktierung von Stromleiter 6, Kontaktkörper 9, Kontaktelement 18 und elektrischem Anschluss 20 sichergestellt. Im montierten Zustand ist der äußere hohlzylinderförmige Abschnitt 11 zwischen dem Führungsvorsprung 17 und dem Kontaktelement 18 angeordnet, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Kontaktelements 18 entspricht.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Verbindungsvorrichtung (22) zum elektrischen Verbinden eines Stromleiters (6) mit einem elektrischen Anschluss (20), mit einem Schraubelement (1) zum Befestigen des Stromleiters (6) an dem elektrischen Anschluss (20); einer Stromleiter-Abdeckung (5), die einen Abschnitt des Stromleiters (6) zum Berührschutz abdeckt; einer Anschluss-Abdeckung (16), die den elektrischen Anschluss (20) zum Berührschutz abdeckt; einem Gleitkörper (8), der innerhalb der Stromleiter-Abdeckung (5) quer zur Längsrichtung des Schraubelements (1) gleitfähig ist und einen Kontaktkörper (9) sowie einen Führungskörper (10) aufweist, und einem Führungsvorsprung (17), der an dem elektrischen Anschluss (20) angeordnet ist, wobei der Kontaktkörper (9) eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter (6) und dem elektrischen Anschluss (20) herstellt und vollständig innerhalb der Stromleiter-Abdeckung (5) angeordnet ist, wobei der Führungskörper (10) einerseits das Schraubelement (1) führt und andererseits den Gleitkörper (8) gegenüber dem Führungsvorsprung (10) ausrichtet.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein an dem elektrischen Anschluss (20) angeordnetes Kontaktelement (18), welches eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter (6) und dem elektrischen Anschluss (20) herstellt und in einem fertig montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung (22) den Kontaktkörper (9) berührt.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß Anspruch 2, wobei das Kontaktelement (18) zwischen dem Führungsvorsprung (17) und der Anschluss-Abdeckung (16) angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Führungsvorsprung (17) und/oder der Führungskörper (10) einen hohlzylinderförmigen Abschnitt aufweist.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine gewindeabgewandte Seite eines Kopfs (2) des Schraubelements (1) mit einem elektrisch isolierenden Material (4) bedeckt ist.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Schraubelementgegenstück (19) an dem elektrischen Anschluss (20), das mit dem Schraubelement (1) mittels Gewinde in Eingriff bringbar ist, wobei im montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung (22) eine elektrische Verbindung von dem Stromleiter (6) zu dem elektrischen Anschluss (20) einerseits über den Kontaktkörper (9) und das Kontaktelement (18) und andererseits über das Schraubelement (1) und das Schraubelementgegenstück (19) hergestellt wird.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktkörper (9) in einem Zwischenraum zwischen dem Führungskörper (10) und der Stromleiter-Abdeckung (5) angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Führungskörper (10) und/oder der Führungsvorsprung (17) eine Fase (13, 17) zum Einfädeln ineinander aufweisen.
Energieversorgungsanordnung mit einer Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einer Verbindungsvorrichtung (22) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.