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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen gewinkelten Hochvolt-Stecker zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.
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STAND DER TECHNIK
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Ein gewinkelter Hochvoltstecker ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 043 516 A1 bekannt, bei der ein Innenleiter aus einem Kontaktelement und einem Leiterendstück gebildet ist, die unter Zwischenschaltung einer Federhülse als Steckverbindung miteinander verbindbar sind.
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Abnehmende Ressourcen petrochemischer Rohstoffe, die in den vergangenen Jahrzehnten überwiegend als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kamen, führen dazu, dass derzeit verstärkt Mobilitätskonzepte entwickelt werden, in denen der Antrieb der Fahrzeuge über batterie- bzw. akkumulatorgespeiste Elektromotoren alleinig oder in Kombination mit einer weiteren nichtelektrischen Energiequelle, als sogenannter Hybrid-Antrieb, erfolgt.
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Dies hat zur Konsequenz, dass klassische 14 V-Bordnetze zukünftig ergänzt oder vollständig ersetzt werden durch (Traktions-)Bordnetze mit erheblich höheren Spannungen von 200–750 V. In der Folge können die bisherigen zur Herstellung der Bordnetze eingesetzten Verbindungssysteme nicht mehr genutzt werden, da die mit derart hohen Spannungen verbundenen Phänomene von diesen nicht gehandhabt werden können.
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Gleichzeitig ist ein einfaches Heranziehen von Verbindungskonzepten aus stationär eingesetzten Technologien, in denen ähnlich hohe Spannungen zum Einsatz kommen, nicht möglich, da diese nicht für die in Kraftfahrzeugen herrschenden Bedingungen ausgelegt sind.
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Insbesondere müssen die Verbindungen so gestaltet sein, dass die im Fahrzeugbetrieb entstehenden Vibrationen die Qualität der Verbindung mittel- und langfristig nicht negativ beeinflussen. Dies betrifft vor allem die Güte der Kontaktierung der Leitungen, häufig geschirmten Leitungen, mit im Querschnitt erheblich größeren Innenleiterquerschnitten von 50 mm2 oder mehr aus Kupfer(-legierungen) oder aber zunehmend auch aus Aluminium(-legierungen).
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Weiterhin werden an Verbindungen für Elektro- und Hybridfahrzeuge hohe Anforderungen in Bezug auf die Dichtigkeit gestellt. Ein Eindringen von Medien, wie z. B. Öl, Frostschutzmitteln, Streusalz, flüssigem Wasser oder Staub, durch welches die Verbindungsgüte mittelfristig negativ beeinflusst werden könnte, muss sicher vermieden werden.
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Die Verbindungen müssen so gestaltet sein, dass die in Fahrzeugen auftretenden Temperaturen von bis zu 200°C keinen Einfluss auf die Funktionalität des Bordnetzes haben.
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Durch die räumliche Nähe zu elektronischen Geräten, wie beispielsweise den Infotainment-Systemen von Kraftfahrzeugen muss eine vollständige Schirmung des Bordnetzes auch im Verbindungsbereich gewährleistet werden.
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Zusätzlich muss vermieden werden, dass Personen durch Kontakt mit den stromführenden Leitungen im Betrieb oder bei der Montage beziehungsweise Wartung der Fahrzeuge oder bei Unfällen geschädigt werden.
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Letztendlich muss die Herstellung und Montage der Verbindungskonzepte möglichst ressourceneffizient erfolgen, d. h. der Kapital-, Zeit- und Materialaufwand sollte minimal sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen gewinkelten Hochvolt-Stecker, der im Bordnetz von Kraftfahrzeugen verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen gewinkelten Hochvolt-Stecker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den in Anspruch 11 beschriebenen Verfahrensschritten. Vorteilhafte Ausgestaltungen folgen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung der Erfindung und aus den Zeichnungen.
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Ein erfindungsgemäßer Hochvolt-Stecker zur Verwendung im Bordnetz von Kraftfahrzeugen weist ein einstückiges, elektrisch isolierendes Gehäuse aus einem geeigneten Kunststoff auf.
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Das Gehäuse besteht aus einem Material, dass sowohl für die bei der Verwendung des Steckverbinders in Kraftfahrzeugen auftretenden Temperaturen von bis zu 200°C geeignet ist, als auch Kräfte ohne signifikante Verformung oder Bruchneigung aufnehmen und weiterleiten kann. Ein Beispiel für ein besonders geeignetes Material wäre ein Kunststoff oder ein Kunststoffgemisch mit signifikantem Polyamidanteil, insbesondere ein teilaromatisches Copolyamid, welches vorzugsweise faserverstärkt verwendet wird, mit einem Glas- oder Mineralfaseranteil von mehr als 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 Gewichtsprozent. Derartige Kunststoffe zeichnen sich zusätzlich durch eine sehr geringe Permeabilität aus, so dass das Eindiffundieren von Störmedien, wie beispielsweise Wassermolekülen in das Gehäuse wirksam verhindert wird.
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Ein derartiges Gehäuse kann kostengünstig in einem gängigen Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Das Gehäuse weist dabei zumindest einen Hohlraum auf in dem weitere Komponenten des Steckers angeordnet werden können. Wenn das Gehäuse zur Herstellung einer Mehrfach-, beispielsweise einer Zwei- oder Dreifach-, Steckverbindung genutzt werden soll, können mehrere nebeneinander angeordnete, elektrisch voneinander isolierte Hohlräume im Gehäuse vorgesehen werden. Alternativ kann auch ein einzelner ausreichend großer Hohlraum in dem Gehäuse angeordnet werden und die einzelnen Stecker einer Mehrfachsteckverbindung werden über zwischen diesen anzuordnende Isolierung (Isolierstücke oder Isolierstrecke) elektrisch voneinander getrennt.
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Zur Anordnung weiterer Komponenten des Steckers ist der Hohlraum über zwei Öffnungen zugänglich, wobei die Öffnungen so gestaltet sind, dass die Komponenten zur Verbindung mit einer Leitung des Bordnetzes und die Komponenten zur Verbindung mit einem korrespondierenden Element, wie einer Steckeraufnahme, in einem Winkel, vorzugsweise 90°, zueinander angeordnet sind.
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In dem Hohlraum des Gehäuses sind zumindest ein Außenleiter und ein Innenleiter angeordnet. Dabei besteht der Außenleiter aus einem ersten leitungsseitigen Außenleiterteil und einem zweiten steckseitigen Außenleiterteil. Der Hohlraum ist dabei so gestaltet, dass durch eine erste Öffnung ein erstes Außenleiterteil formschlüssig eingeführt werden kann. Der Hohlraum ist hierzu abschnittsweise und korrespondierend zur Form des ersten Außenleiterteils so gestaltet, dass das erste Außenleiterteil bezogen auf die Einführrichtung in lediglich einer Winkelstellung eingeführt und nach dem Einführen im Gehäuse in Bezug auf die Winkelstellung lagefixiert ist. Hierzu kann das Gehäuse beispielsweise im Hohlraum parallel zur Einführrichtung verlaufende Stege aufweisen, die in korrespondierende Nuten an der Außenseite des ersten Außenleiterteils eingreifen.
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In Einführrichtung ist das erste Außenleiterteil schwimmend gelagert. Dies hat den Vorteil, dass Toleranzen bei der Verbindung des Steckers mit einer korrespondierenden Steckeraufnahme ausgeglichen werden können.
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Durch die zweite Öffnung des Hohlraums kann ein zweites Außenleiterteil eingeführt werden, wobei der Hohlraum in diesem Bereich im Gegensatz zu dem zuvor in Bezug auf das erste Außenleiterteil diskutierten Bereich so gestaltet ist, dass das zweite Außenleiterteil formschlüssig aber auch drehbar im Hohlraum angeordnet werden kann. Die zweite Öffnung ist dabei vorzugsweise zylindrisch, wobei die Längsachse der zweiten Öffnung zu der Längsachse der ersten Öffnung in der gewünschten Winkelstellung des Steckers angeordnet ist, gestaltet.
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Dabei dient das zweite Außenleiterteil steckseitig als Schirmhülse zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem Schirmkontakt einer korrespondierend gestalteten Steckeraufnahme, wohingegen das erste Außenleiterteil leitungsseitig zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung mit der Schirmung einer Leitung des Bordnetzes vorgesehen ist.
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Bei den beiden Teilen des Außenleiters handelt es sich um Bauteile die eine äußere Kontur aufweisen, durch welche ein lineares Einschieben bzw. Einpressen des ersten und zweiten Außenleiterteils in die jeweils dafür vorgesehenen und entsprechend der Kontur der Außenleiterteile gestalteten Öffnungen im Gehäuse möglich ist. Der erste Außenleiterteil weist zusätzlich seitlich eine Öffnung auf, die zur Aufnahme des zweiten Außenleiterteils dient und entsprechend geometrisch mit der zur Verbindung vorgesehenen Außenkontur des zweiten Außenleiterteils korrespondiert.
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Der Außenleiter umhüllt den Innenleiter mit Ausnahme der Bereiche, die leitungsseitig und steckseitig zur Kontaktierung vorgesehen sind.
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Die im ersten Außenleiterteil vorhandene Öffnung, ist derart gestaltet, dass sowohl ein zweites Innenleiterteil zur Kontaktierung des ersten Innenleiterteils als auch ein konzentrisch um das zweite Innenleiterteil vorgesehenes, oben bereits beschriebenes, zweites Außenleiterteil innerhalb der Öffnung angeordnet werden kann.
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Erfindungsgemäß werden das erste und das zweite Außenleiterteil über eine Presspassung miteinander verbunden. Eine derartige kraftschlüssige, vorzugsweise lückenlose, Verbindung zwischen den zwei Teilen eines Außenleiters eines Steckers kann äußerst einfach hergestellt werden und gewährleistet durch die Überlappung der beiden Teile im Bereich der Presspassung gleichzeitig, dass eine vollständige Schirmung des Innenleiterteils besteht. Dabei kann durch die oben beschriebene Aufnahme des ersten und zweiten Außenleiterteils im Gehäuse sichergestellt werden, dass die beiden Teile des Außenleiters im Gehäuse im Hinblick auf die Presskontaktierung korrekt zueinander positioniert sind. Durch diese Anordnung des Außenleiters im Gehäuse und die sehr robuste Pressverbindung ist weiterhin gewährleitstet, dass beim Einsatz in einer Steckverbindung in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs die notwendige Schirmung des Innenleiters im Bereich des Steckers gegeben ist.
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Bevorzugt ist, wenn der Innenleiter sich aus einem ersten leitungsseitigen Innenleiterteil und einem zweiten steckseitigen Innenleiterteil zusammensetzt.
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Das erste Innenleiterteil dient dabei zur Kontaktierung eines Lastleiters einer Leitung des Bordnetzes und das zweite Innenleiterteil kontaktiert einen Lastleiter einer korrespondierend gestalteten Steckeraufnahme.
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Dabei sind das erste und zweite Innenleiterteil als Bauteile ausgeführt, die eine äußere Kontur aufweisen, durch welche ein lineares Einschieben bzw. Einpressen des ersten und zweiten Innenleiterteils in die jeweils dafür vorgesehenen, und entsprechend der Kontur der Innenleiterteile mit Öffnungen versehenen, weiteren im Gehäuse zum Zeitpunkt der Montage des Innenleiters vorhandenen Komponenten des Steckers vorgenommen werden kann. Das erste Innenleiterteil weist zusätzlich eine Öffnung auf, die zur seitlichen Aufnahme des zweiten Innenleiterteils dient und entsprechend geometrisch mit der Außenkontur des zweiten Innenleiterteils korrespondiert.
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Das erste Innenleiterteil ist von einem Isolator umgeben und der Isolator ist formschlüssig und lagefixiert, vorzugsweise kraftschlüssig, im ersten Außenleiterteil angeordnet. Der Isolator weist eine seitliche Öffnung auf, die vom zweiten Innenleiterteil durchdrungen ist.
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Vorzugsweise werden das erste Innenleiterteil und das zweite Innenleiterteil über eine Presspassung miteinander verbunden. Diese Pressverbindung gewährleistet dabei, dass die elektrische Kontaktierung der beiden Teile des Innenleiters auch bei mechanischen Beanspruchungen, bei Anordnung des erfindungsgemäßen Steckers im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, zuverlässig funktioniert, ohne dass es zu Unterbrechungen oder gar zu Lichtbögen kommt, die zu einer Schädigung der Kontaktteile, des Gehäuses oder anderer Komponenten des Bordnetzes, wie beispielsweise Elektroniken, führen können. Insbesondere wird durch die Presspassung ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Innenleiterteil geschaffen, der sich durch einen niedrigen Übergangswiderstand auszeichnet und in der Folge im Betrieb bei angelegten hohen Spannungen nur zu einer geringen Temperaturerhöhung im Bereich der Presspassung führt.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn es sich bei dem ersten Außenleiterteil um ein in einem spanabhebenden Verfahren hergestelltes Bauteil handelt, d. h. dieses wird aus einem Materialblock herausgefräst und/oder gedreht oder anderweitig spanabhebend hergestellt. Derartig können auf einfache Art und Weise die zuvor genannten Geometrien zur Anordnung beziehungsweise optimalen Verbindung des ersten Außenleiterteils mit den zu diesem benachbarten weiteren Komponenten des Steckers, wie zum Beispiel des zweiten Außenleiterteils, des Isolators oder des Gehäuses, hergestellt werden.
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Weiterhin bevorzugt ist es, wenn das erste Außenleiterteil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Vorzugsweise handelt es sich um eine kurzspanende Kupferlegierung. Diese ermöglicht eine besonders effiziente Herstellung des ersten Außenleiterteils in hoher Qualität in einem spanabhebenden Verfahren. Die Oberfläche des ersten Außenleiterteils und der weiteren Strom leitenden Komponenten des Steckers kann zusätzlich vollständig oder partiell mit einem weiteren Material beschichtet werden, beispielsweise Zinn, Silber oder Gold, um dadurch einen verbesserten Übergangswiderstand, d. h. eine erhöhte Leitfähigkeit an der Verbindungsstelle von zwei Komponenten und/oder aber eine reduzierte Oxidationsneigung de Komponente zu erzielen.
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Bevorzugt ist ebenfalls, wenn das erste Außenleiterteil in einen Anbindungsbereich und einen Verbindungsbereich unterteilt ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Bereichen um zwei getrennte Bauteile. In diesem Fall ist lediglich der Verbindungsbereich des ersten Außenleiterteils in einem spanabhebenden Verfahren hergestellt. Der Verbindungsbereich weist die Öffnung auf, in der das zweite Außenleiterteil angeordnet ist. Bei dem Anbindungsbereich handelt es sich um einen geometrisch einfach gestalteten und vorzugsweise als Massenware beziehbaren, beispielsweise rohrförmigen Abschnitt, der vor Montage des Steckers mit dem Verbindungsbereich verbunden, beispielsweise ebenfalls verpresst, wird.
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Das erste Innenleiterteil weist bevorzugt einen Verbindungsbereich mit einer Öffnung auf, in der das zweite Innenleiterteil angeordnet ist. Benachbart weist das erste Innenleiterteil einen Anbindungsbereich auf, der zur Kontaktierung mit dem Lastleiter einer Leitung dient.
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Vorzugsweise liegen die Mittelpunkte der Öffnungen in den Verbindungsbereichen des ersten Innenleiterteils und des ersten Außenleiterteils auf einer gemeinsamen Achse. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Innenleiter und der zweite Außenleiter in einem einzigen Presswerkzeug und vorzugsweise in einem einzigen Pressenhub miteinander verbunden werden können.
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Dabei hat es sich zur Gewährleistung einer optimalen Qualität der Pressverbindung als vorteilhaft herausgestellt, wenn das erste Außenleiterteil und das erste Innenleiterteil im Verbindungsbereich parallele, vorzugsweise planparallele, Auflageflächen aufweisen. Eine derartige Gestaltung der beiden Komponenten führt dazu, dass die beim Einpressen des zweiten Außenleiterteils in das erste Außenleiterteil, beziehungsweise die beim Einpressen des zweiten Innenleiterteils in das erste Innenleiterteil auftretenden Kräfte nicht zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Gehäuses oder des um das erste Innenleiterteil angeordneten Isolators führen und es kann gleichzeitig sichergestellt werden, dass zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Presspassungen eine homogene Krafteinleitung in eine Pressaufnahme erfolgt, in der das Gehäuse während der Herstellung des Steckers angeordnet wird.
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Der Isolator besteht insbesondere aus einem Material, das sowohl für die bei der Verwendung des Steckverbinders in Kraftfahrzeugen auftretenden Temperaturen von bis zu 200°C geeignet ist, als auch die bei der Verpressung des Innenleiterteils auftretenden Kräfte ohne signifikante Verformung aufnehmen und weiterleiten kann. Ein Beispiel für ein besonders geeignetes Material wäre ein Kunststoff oder ein Kunststoffgemisch mit signifikantem Polyamidanteil, insbesondere ein teilaromatisches Copolyamid, welches vorzugsweise faserverstärkt verwendet wird, mit einem Glas- oder Mineralfaseranteil von mehr als 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 Gewichtsprozent.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Isolator zu der Auflagefläche des ersten Innenleiterteils parallele, vorzugsweise planparallele Auflageflächen aufweist.
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Bei einem besonders vorteilhaften Aufbau des ersten Innenleiterteils besteht dieses aus einem einseitig mit einer Öffnung zur Aufnahme des zweiten Innenleiterteils versehenen, formstabilen platten- oder streifenförmigen Bauteil.
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Der Isolator weist in diesem Fall eine zur Längsachse des Isolators parallele, abschnittsweise schlitzförmige Ausnehmung auf, die zur Aufnahme des ersten Innenleiterteils vorgesehen ist. Um eine besonders einfache Montage des ersten Innenleiterteils in dem Isolator zu ermöglichen ist die Eintrittsöffnung der schlitzförmigen Ausnehmung größer bemessen als die zur Aufnahme vorgesehenen Bereiche des ersten Innenleiterteils, das heißt die Eintrittsöffnung ist höher und/oder breiter als die diese Öffnung zuerst durchdringenden Bereiche des ersten Innenleiterteils. Um die beim Verbinden des ersten und zweiten Innenleiterteils auftretenden Kräfte aufzunehmen, weist die Ausnehmung, benachbart zur Öffnung im Verbindungsabschnitt des ersten Innenleiterteils, Auflageflächen auf, die so gestaltet sind, dass diese das erste Innenleiterteil im Isolator fixieren. Vorzugsweise sind benachbart zur Öffnung an zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung zwei balkenförmige, in die Ausnehmung hereinragende, Auflageflächen vorgesehen. Alternativ können aber auch an drei oder vier Seiten die Öffnung umgebende Auflageflächen vorgesehen sein. Letztendlich ist es auch denkbar, die Öffnung ringförmig mit einer oder mehreren entsprechend der Form der Öffnung gebogenen Auflageflächen vollständig oder teilweise zu umgeben. Neben einer Fixierung hat eine derartige Gestaltung den weiteren Vorteil, dass der in der Öffnung angeordnete Teil des zweiten Innenleiterteils das erste Innenleiterteil auch geringfügig durchragen kann, ohne dass es bei der Erzeugung der Presspassung zu einer Schädigung des Isolators kommt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse benachbart zum Verbindungsbereich des ersten Außenleiterteils eine innere und eine äußere, dass heißt zwei parallele, vorzugsweise planparallele, Auflageflächen aufweist, die wiederum parallel zu der Auflagefläche des ersten Außenleiterteils angeordnet sind.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn an dem Gehäuse ein Verschlussbügel angeordnet wird, der insbesondere bei der Verbindung des Hochvolt-Steckers mit der korrespondierenden Steckaufnahme die zur Montage notwendigen Kräfte herabsetzt, beziehungsweise die Montage erleichtert. Dabei ist es insbesondere bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Steckers bevorzugt, wenn der Verschlussbügel lösbar am Gehäuse angeordnet ist. Dies ermöglicht die Anordnung des Verschlussbügels am Gehäuse, nachdem die Verpressung der Innen- und Außenleiterteile durchgeführt wurde. Alternativ ist der Verschlussbügel derart verschwenkbar am Gehäuse angeordnet, dass dieser in einer Schwenkstellung den Pressvorgang nicht negativ beeinflusst.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst einen Verschlussbügel mit einer Verriegelung, um die Verbindung von Stecker und korrespondierender Steckaufnahme vor einem unbeabsichtigten oder unbefugten Öffnen zu schützen.
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Insbesondere wenn die Kontaktierung des ersten Innenleiters mit dem Lastleiters stoffschlüssig erfolgt, kann eine sehr robuste Anbindung erzielt werden. Vorzugsweise ist der erste Innenleiter mit dem Lastleiter der Leitung verschweißt. Dies hat den Vorteil, dass identische erste Innenleiter auch bei Lastleitern aus unterschiedlichen Materialien (z. B. Kupfer oder Aluminium bzw. deren Legierungen) zum Einsatz kommen können.
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Weiterhin bevorzugt ist es, wenn das erste Außenleiterteil leitungsseitig mit dem Schirm der Leitung über eine den Schirm umgebende Stützhülse verpresst wird. Die Stützhülse führt dabei zu einer definierten Verbindung mit dem Schirm (Schirmgeflecht, Schirmfolie) der Leitung und die Verpressung des ersten Außenleiterteils mit der Stützhülse gewährleistet, dass die im ersten Außenleiterteil angeordneten Bauteile, wie das erste Innenleiterteil und der dieses umgebende Isolator verliersicher und lagefixiert umschlossen werden.
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Der Verbindungsbereich des ersten Außenleiters mit dem Schirm der Leitung kann vorzugsweise mit einer zusätzlichen Dichtung versehen werden, die beispielsweise vor der Verbindung des Lastleiters der Leitung mit dem Innenleiter zusammen mit einem Deckel auf der Leitung angeordnet wird. Der Deckel weist Rasten auf, die mit entsprechend gestalteten Rastaufnahmen am Gehäuse verbunden werden können, um durch die Verbindung des Deckels mit dem Gehäuse des Steckers die Dichtung in ihrer Wirkstellung zu positionieren.
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Ebenso kann steckseitig eine Dichtung vorgesehen werden, die mit der korrespondierend gestalteten Steckeraufnahme in eine Wirkverbindung tritt. Wenn der Stecker als Mehrfach-Stecker ausgeführt ist, handelt es sich bevorzugt um eine Summendichtung, d. h. die Dichtung ist benachbart zur Gehäusewand so angeordnet, dass diese alle Steckbereiche des Mehrfachsteckers umläuft und nach Montage des Steckers in der Steckaufnahme abdichtet.
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Zur Festlegung der Dichtung ist ein entsprechend gestaltetes, beispielsweise ringförmiges Rastelement mit dem Gehäuse verbunden, vorzugsweise in das Gehäuse eingepresst.
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Dabei hat ist es bevorzugt, wenn das Rastelement gleichzeitig zur Aufnahme einer Unterbrechungserkennung (sogenannter „Interlock”) der Steckverbindung ausgeführt ist. Die Unterbrechungserkennung dient insbesondere zur Überwachung der korrekten Positionierung des Steckers in der Steckeraufnahme. Durch die Befestigung der Unterbrechungserkennung am Rastelement kann diese einfach und kostengünstig hergestellt und in einem der letzten Montageschritte am Gehäuse des Steckers befestigt werden, so dass eine Beschädigung dieses Bauteils bei der Montage des Steckers weitestgehend vermieden werden kann.
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Vorteilhaft weist ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug einen gewinkelten Hochvolt-Stecker mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften auf.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Steckers sind die folgenden, zum Teil zuvor schon erwähnten, Schritte erforderlich:
Das zuvor beschriebene Gehäuse wird in einem Spritzgießprozess hergestellt.
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Zeitlich und räumlich unabhängig davon kann der Lastleiter einer Leitung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit dem ersten Innenleiterteil verbunden werden, vorzugsweise indem der Lastleiter mit dem ersten Innenleiterteil verschweißt wird.
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Vor der Verbindung mit dem Lastleiter kann auf der Leitung ein Deckel und eine Dichtung angeordnet werden, die zur späteren Abdichtung des Gehäuses im Bereich der leitungsseitigen Verbindung vorgesehen sind.
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In einem Folgeschritt wird ein Isolator zumindest um den Verbindungsbereich des ersten Innenleiterteils angeordnet. Zeitgleich oder in einem Folgeschritt kann der erste Außenleiter um den Isolator herum angeordnet werden.
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Bevorzugt wird vor der Montage des ersten Außenleiters auf der Schirmung der Leitung eine Stützhülse angeordnet, beispielsweise indem diese mit der Schirmung verpresst wird.
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Der erste Außenleiter wird in einem Folgeschritt mit der Schirmung der Leitung, vorzugsweise über die Schirmhülse, verbunden, vorzugsweise verpresst, ganz besonders bevorzugt vercrimpt.
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Danach wird der mit der Leitung verbundene erste Außenleiter und der darin befindliche erste Innenleiter, welcher wiederum zur elektrischen Trennung vom ersten Außenleiter von dem Isolator umgeben ist, im Gehäuse angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der auf der Leitung befindliche Deckel genutzt werden, um den ersten Außenleiter relativ zum Gehäuse festzulegen.
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In einem Folgeschritt werden der zweite Außenleiter und der zweite Innenleiter im Gehäuse angeordnet.
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In der Folge wird zumindest der zweite Außenleiter mit dem ersten Außenleiter über eine Presspassung verbunden, bevorzugt ist es, wenn gleichzeitig oder zeitlich unmittelbar benachbart auch der erste Innenleiter mit dem zweiten Innenleiter über eine Presspassung verbunden wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird gleichzeitig oder unmittelbar folgend zu der Verbindung der Außenleiterteile und/oder der Innenleiterteile eine Isolatorkappe in den Zwischenraum zwischen zweitem Innenleiterteil und zweitem Außenleiterteil eingedrückt.
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Vorzugsweise wird zur Komplettierung des Steckers steckseitig eine umlaufende Dichtung im Gehäuse angeordnet, die über ein vorzugsweise ringförmiges Rastelement, welches gegebenenfalls zusätzlich eine Unterbrechungserkennung aufweisen kann, mit dem Gehäuse verbunden wird.
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Letztendlich wird in einem Folgeschritt ein Verschlussbügel am Gehäuse befestigt, beispielsweise verrastet oder verclipst.
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Der erfindungsgemäße gewinkelte Hochvolt-Stecker ist durch wenige leicht automatisierbare und qualitativ einfach zu überwachende Fertigungsschritte herstellbar und eignet sich insbesondere zum Einsatz in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker in einer perspektivischen Darstellung;
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2 zeigt ebenfalls einen erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker in einer Explosions-Darstellung;
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker in einer Schnittansicht;
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4 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Außenleiterteils;
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5 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Innenleiterteils;
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6a–d stellen schematisch ein Montageschema in zeitlicher Abfolge bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvoltsteckers dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN UND WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker 1. Der gewinkelte Hochvolt-Stecker 1 ist als Zweifachstecker ausgeführt und entsprechend mit zwei Leitungen 6a, 6b eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs verbunden. Leitungsseitig ist das Gehäuse 2 des Steckers 1 mit zwei Deckeln 2.15a, 2.15b verschlossen. Die Deckel 2.15a, 2.15b können mit dem Gehäuse 2 verrastet werden und diese positionieren gleichzeitig je eine (nicht dargestellte) Dichtung, um ein Eindringen von Medien an der jeweiligen Verbindungsstelle des Steckers mit einer der Leitungen zu unterbinden. Am Gehäuse 2 ist ein Verschlussbügel 2.2 befestigt, der insbesondere die Montage des gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 an einer korrespondierend gestalteten (nicht dargestellten) Steckaufnahme erleichtern soll. Der dargestellte Verschlussbügel 2.2 weist zusätzlich einen Teil einer Verriegelung 2.20 auf mit dem die Steckverbindung aus Stecker und Steckeraufnahme gegen ein ungewolltes Lösen gesichert werden kann. Steckseitig weist der gewinkelte Hochvolt-Stecker 1 zwei Kontakte auf, von denen in 1 lediglich die beiden Isolatorkappen 4.2a, 4.2b sichtbar sind. Die Kontakte werden in einer korrespondierenden Steckeraufnahme verrastet. Ringförmig um die beiden Isolatorkappen 4.2a, 4.2b ist ein ringförmiges Rastelement 2.3 erkennbar. Dieses ringförmige Rastelement 2.3 dient zur Festlegung einer (nicht dargestellten) steckseitigen Dichtung. Gleichzeitig ist am ringförmigen Rastelement 2.3 eine Unterbrechungserkennung 2.35 angeordnet. Bei dieser Unterbrechungserkennung 2.35 handelt es sich um eine sogenannte Interlockbrücke, die in einer am ringförmigen Rastelement 2.3 vorgesehenen Ausnehmung angeordnet wird.
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2 zeigt ebenfalls einen erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker 1 allerdings in einer Explosions-Darstellung. Exemplarisch ist eine Leitung 6 eines Bordnetz eines Kraftfahrzeugs dargestellt, an der bereits mehrere Komponenten des gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 angeordnet sind. Auf die Leitung aufgeschoben sind ein Deckel 2.15 und eine Dichtung 2.10, die zum Verschluss und zur Abdichtung des leitungsseitigen Endes des Gehäuses 2 dienen. Bei der Leitung 6 handelt es sich um eine geschirmte Leitung mit einem Schirmgeflecht, dass im Anbindungsbereich der Leitung 6 über die äußere Isolation der Leitung umgelegt und mit einer Stützhülse 6.30 auf dieser festgelegt wurde. Der im Verbindungsbereich aus der Leitung 6 herausragende Lastleiter 6.5 der Leitung wurde mit dem ersten Innenleiterteil 5.1 des gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 verschweißt. Benachbart zum ersten Innenleiterteil 5.1 ist ein Isolator 4.1 dargestellt in dem das erste Innenleiterteil 5.1 angeordnet wird. Der Isolator 4.1 weist eine seitliche Öffnung auf, durch die das erste Innenleiterteil 5.1 kontaktierbar ist. Zur Kontaktierung der mit dem Schirmgeflecht der Leitung in elektrischer Wirkverbindung stehenden Stützhülse 6.30 weist der dargestellte erste Außenleiterteil 3.1 einen rohrförmigen Aufnahmeabschnitt auf. Weiterhin weist das erste Außenleiterteil 3.1 eine seitliche Öffnung auf, durch welche das nach der Montage des Steckers im ersten Außenleiterteil 3.1 angeordnete erste Innenleiterteil 5.1 kontaktiert werden kann. Das erste Außenleiterteil 5.1 weist eine äußere Kontur auf, die es möglich macht dieses linear in einen korrespondierend gestalteten Teil eines Hohlraums im Gehäuse 2 einzuschieben. Steckseitig werden in den Hohlraum im Gehäuse 2 ein zweiter Außenleiterteil 3.2 und ein in diesem angeordneter zweiter Innenleiterteil 5.2 eingeführt. Zwischen dem zweiten Innenleiterteil 5.2 und dem zweiten Außenleiterteil 3.2 wird zur elektrischen Icolierung der beiden Teile voneinander eine Isolatorkappe 4.2 angeordnet. Sowohl das zweite Außenleiterteil 3.2 als auch das zweite Innenleiterteil 5.2 weisen an ihrem inneren Umfang einen Einstich auf, in dem je ein Kontaktelement 3.20, 5.20 angeordnet ist. Bei dem Kontaktelement handelt es sich um eine ringförmige Kontaktlamelle. Das erste und das zweite Außenleiterteil 3.1, 3.2 werden erfindungsgemäß nach der Anordnung im Gehäuse 2 miteinander derart verpresst, das zwischen den beiden Teilen eine Presspassung entsteht. Gleichzeitig sind im dargestellten Ausführungsbeispiel auch das erste und das zweite Innenleiterteil 5.1, 5.2 miteinander über eine Presspassung verbunden. Zur steckseitigen Abdichtung der Steckverbindung weist der erfindungsgemäße gewinkelte Hochvolt-Steckverbinder 1 eine umlaufende Dichtung 2.30 auf, die von einem ringförmigen Rastelement 2.3 am Gehäuse 2 festgelegt wird.
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Eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Steckverbinders 1 ist in 3 dargestellt. Im Gehäuse 2 sind formschlüssig in einem Hohlraum das erste Außenleiterteil 3.1 und das über eine Presspassung mit diesem verbundene zweite Außenleiterteil 3.2 angeordnet. Das Gehäuse weist an seiner Unterseite zwei parallele Auflageflächen 2.111 auf. Mit der äußeren Auflagefläche 2.111 des Gehäuses 2 kann dieses zur Verbindung der Außenleiterteile 3.1, 3.2 in einer Presse angeordnet werden. Parallel zu den Auflageflächen 2.111 weist das Gehäuse 2 ebenfalls eine zu diesen parallele Auflagefläche 3.111 auf. Innerhalb des ersten Außenleiterteils 3.1 ist der Isolator 4.1 mit dem sich in diesem befindenden ersten Innenleiterteil 5.1 angeordnet.
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Das erste Innenleiterteil 5.1 ist als plattenförmiges Bauteil mit zumindest zwei parallelen Seiten ausgebildet. Eine der Seiten bildet eine Auflagefläche 5.111 mit dem der erste Innenleiter 5.1 auf der am Isolator 4.1 ausgebildeten parallelen Auflagefläche 4.111 aufliegt. An seinem einen Ende ist der erste Innenleiter 5.1 mit dem Lastleiter der Leitung 6 verschweißt und wird am gegenüberliegenden Ende vom zweiten Innenleiterteil 5.2 durchdrungen und ist mit diesem über eine Presspassung verbunden. Der beim Erzeugen der Presspassung zwischen erstem und zweiten Außenleiterteil 3.1, 3.2 und/oder erstem und zweitem Innenleiterteil 5.1, 5.2 vom Presswerkzeug ausgeübte Druck kann über die zuvor genannten parallel zueinander angeordneten Auflageflächen 2.111, 3.111, 4.111, 5.111 der einzelnen Komponenten des Steckers effektiv aufgenommen werden, so dass eine qualitativ hochwertige Verbindung ohne Schädigung benachbarter Komponenten gefertigt werden kann. Der zweite Innenleiter 5.2 weist an seinem inneren Umfang einen Einschnitt auf, in dem ein lamellenartiges Kontaktelement 5.20 angeordnet ist. Ebenso weist der zweite Außenleiter an seinem inneren Umfang einen Einschnitt auf, in dem ebenfalls ein lamellenartiges Kontaktelement 3.20 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die lamellenartigen Kontaktelemente 3.20, 5.20 mit Ausnahme des Durchmessers identisch aufgebaut, d. h. diese wurden von einem identischen bandförmigen Halbzeug abgetrennt und im Anschluss daran unterschiedlich gebogen.
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4 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Außenleiterteils 3.1 mit einem Verbindungsbereich 3.11 zur Verbindung mit dem zweiten Außenleiterteil 3.2 und einem Anbindungsbereich 3.12 zur Anbindung an ein Schirmgeflecht 6.3 einer Leitung 6 eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges. Das erste Außenleiterteil 3.1 weist einen Hohlraum auf, in dem weitere Komponenten angeordnet werden können. Der Hohlraum weist zwei Öffnungen 3.110, 3.120 auf und ist so gestaltet, dass die weiteren Komponenten, wie beispielsweise die beiden Teile eines Innenleiters 5.1, 5.2 durch je eine der Öffnungen in einem Winkel zueinander angeordnet werden können. Dabei entspricht eine der Richtungen A der Richtung, in der ein Pressdruck (Pfeil) auf das erste Außenleiterteil 3.1 zur Verbindung mit dem zweiten Außenleiterteil 3.2 ausgeübt wird und eine der Richtungen B entspricht der Richtung die parallel zu der im Verbindungsbereich 3.11 des ersten Außenleiters 3.1 angeordnete Auflagefläche 3.111 verläuft, die gleichzeitig der Richtung entspricht in der das erste Außenleiterteil 3.1 in das Gehäuse 2 linear eingeschoben wird.
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5 stellt schematisch eine Schnittansicht eines ersten Innenleiterteils 5.1 dar. Das erste Innenleiterteil 5.1 ist als plattenförmiges Bauteil mit zumindest zwei parallelen Seiten ausgebildet und weist einen Verbindungsbereich 5.11 und einen Anbindungsbereich 5.12 auf. Im Verbindungsbereich 5.11 ist eine Öffnung 5.110 angeordnet die von dem zweiten Innenleiterteil 5.2 zur Kontaktierung durchdrungen wird. Die Achse A der Öffnung 5.110 verläuft dabei parallel zu der Richtung (Pfeil) in der ein Pressdruck bei der Verbindung von erstem und zweitem Innenleiterteil 5.1, 5.2 ausgeübt wird. Senkrecht zu dieser Achse A verläuft eine Auflagefläche 5.111 über die ein Pressdruck an den das erste Innenleiterteil 5.1 umgebenden Isolator 4.1 abgeführt werden kann.
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In den 6a–6d sind schematisch verschiedene Stadien eines Montageschemas bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 dargestellt. Dabei zeigt 6a eine mit mehreren Komponenten des erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 konfektionierte Leitung 6 eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Der Lastleiter 6.5 an einem Ende der Leitung 6 wurde mit einem ersten Innenleiterteil 5.1 eines erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Steckers 1 über ein Schweißverfahren verbunden. Vor der Verbindung des Lastleiters 6.5 mit dem ersten Innenleiterteil 5.1 wurden über die Isolation der Leitung 6 ein Deckel 2.15 und eine Dichtung 2.10 aufgeschoben. Zur Fixierung der Schirmung 6.3 der Leitung 6 wurde über diese eine Stützhülse 3.10 aufgebracht. 6b stellt schematisch einen Folgeschritt dar, bei dem ein Isolator 4.1 und ein erstes Außenleiterteil 3.1 zumindest um den Verbindungsbereich 5.11 des ersten Innenleiterteils 5.1 angeordnet werden. In einem nicht dargestellten Folgeschritt wird der Verbindungsbereich 3.11 des ersten Außenleiterteils 3.1 zumindest mit der Stützhülse 3.10 verbunden, hier vercrimpt. Das entsprechend hergestellte Bauteil ist in 6c gezeigt. Die Leitung 6 ist fest mit dem ersten Außenleiterteil 3.1 und dem in diesem angeordneten weiteren, zuvor genannten Komponenten verbunden und das erste Außenleiterteil 3.1 wird durch eine erste Öffnung in einen Hohlraum des Gehäuses 2 linear eingeschoben, wobei die Kontur des Hohlraums so gestaltet ist, dass das erste Außenleiterteil 3.1 verdrehfest im Hohlraum des Gehäuses 2 angeordnet ist. Das erste Außenleiterteil 3.1 wird durch ein Verrasten des Deckels 2.15 am Gehäuse 2 in diesem festgelegt. Die sich seitlich am ersten Außenleiterteil 3.1 angeordnete Öffnung zeigt in Richtung der zweiten Öffnung des Hohlraums des Gehäuses 2, durch welche in Folgeschritten ein zweites Außenleiterteil 3.2, ein zweites Innenleiterteil 5.2 und eine Isolatorkappe 4.2 im Hohlraum des Gehäuses angeordnet werden. In einem nicht dargestellten Pressschritt werden nun das erste und das zweite Außenleiterteil 3.1, 3.2 miteinander verbunden, indem zwischen den Teilen eine Presspassung herbeigeführt wird. Zeitgleich werden auch das erste und das zweite Innenleiterteil 5.1, 5.2 miteinander unter Bildung einer Presspassung verpresst. Zwischen das zweite Innenleiterteil 5.2 und das zweite Außenleiterteil 5.1 wird eine Isolatorkappe 4.2 eingepresst, die derart in den Isolator 4.1 hereinragt, dass die Teile des Innenleiters 5.1, 5.2 vollständig von den Teilen des Außenleiters 3.1, 3.2 elektrisch isoliert sind. 6d zeigt schematisch letzte Montageschritte in denen steckseitig am erfindungsgemäßen gewinkelten Hochvolt-Stecker 1 eine umlaufende Dichtung 2.30 im Gehäuse 2 angeordnet wird, die über ein ringförmiges Rastelement 2.3 im Gehäuse 2 festgelegt wird. Das ringförmige Rastelement 2.3 weist dabei zusätzlich eine Unterbrechungserkennung 2.35 auf, die mit einem in der Steckeraufnahme angeordneten Element wechselwirkt. In einem letzten Montageschritt wird ein Verschlussbügel 2.2 mit dem Gehäuse 2 verclipst.