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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur schirmenden und elektrisch leitenden Kontaktierung eines Hochvoltkabels, aufweisend einen Kontaktträger mit einer Stromschiene, wobei an der Stromschiene ein Hochvoltkabel mechanisch und elektrisch leitend festgelegt ist.
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Zur Kontaktierung oder Herstellung lösbarer, elektrisch leitender Verbindungen werden Steckverbindungen, Kontaktierungselemente, Polverbinder, Steckhülsen und so weiter in unterschiedlichsten Ausbildungen und Varianten eingesetzt. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bei elektrischen Kontaktierungsaufgaben im höheren Leistungsbereich sind Kontaktsysteme entwickelt worden, die auf prismatischen oder runden Geometrien zur Aufnahme eines oder mehrerer Kontaktpins basieren.
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Hochspannungssteckverbinder sind häufig mit einem oder mehreren Steckkontaktpins realisiert und müssen neben der zuverlässigen, lösbaren und dauerfesten Kontaktierung je nach Einsatzgebiet weitere Anforderungen erfüllen. Je nach Ausführungsform der elektrisch leitenden und lösbaren Steckverbindung sind je nach Einsatzgebiet unterschiedlichste, oft auch kumulativ zu erfüllende Anforderungen gegeben: Zuverlässigkeit, Dauerfestigkeit, Lösbarkeit, reduzierter Widerstand, Resistent gegenüber äußeren Einflüssen und Umweltbedingungen, unempfindlich hinsichtlich Kontaktkorrosion und viele weiter mehr. Ein praktisch immer zu erfüllendes Kriterium ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).
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Die elektromagnetische Verträglichkeit bedeutet das (weitgehende) Fehlen von Einwirkungen auf andere Geräte und Einrichtungen, die bei diesen zu Funktionsstörungen elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel durch zum Beispiel elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder und Vorgänge führen. Darin sind Beeinflussungen durch Ströme oder Spannungen bereits eingeschlossen. Die Europäische EMV-Richtlinie definiert elektromagnetische Verträglichkeit wie folgt: „die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären.“ (Quelle: EU-Richtlinie 2014/30/EU Artikel 3 Nr. 4 vom 26.02.2014).
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Elektromagnetisch relevante Störaussendungen können auch von Steckern, Steckverbindungen, Kontakten sowie den Leitungen ausgehen, da diese stromführend sind. Um die elektromagnetische Verträglichkeit sicherzustellen, werden Apparate, Geräte, Leitungen, Steckverbinder häufig abgeschirmt. Die Abschirmung elektrotechnischer Geräte, Einrichtungen und Räume dient dazu, auftretende elektrische und/oder magnetische Felder von diesen fernzuhalten oder umgekehrt die Umgebung vor den von der Einrichtung ausgehenden Feldern zu schützen.
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Im Bereich der Steckverbinder, Steckkontakte, Kontaktierungen müssen die Schirmungseinrichtungen von Leitungen lücken- und unterbrechungslos fortgeführt werden, um sicherzustellen, dass elektromagnetische Emissionen reduziert oder verhindert werden.
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Um diese Anforderung zu erfüllen sind im Stand der Technik verschiedene Ansätze verfolgt. Grundsätzlich wird eine Kopplungsimpedanz zwischen dem inneren, stromführenden Leiter (Seele, Litze) und der äußeren Kabelschirmung (Außenleiter, Kabelschirm) basierend auf der Wirkungsweise des Faraday'schen Käfigs verwirklicht.
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Für eine Vielzahl von Anwendungen ist eine ausreichende Abschirmung der Steckverbinder zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit notwendig. Zu diesem Zweck werden elektrische Steckverbinder in der Regel mit einer elektrisch leitenden Hülle umspritzt oder ein metallisches Geflecht eingelegt.
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Um die Schirmungselemente der Leitungen, Kabel im Bereich der Steckverbinder zu kontaktieren beziehungsweise diese Kabelabschirmungen lückenlos fortzuführen („Schirmübergabe“) können Hülsen, Federhülsen, Schirmhülsen, Schirmfedern eingesetzt sein, die die Schirmungseinrichtungen der Leitungen mit dem Schirmungsmaßnahmen des Steckverbindergehäuses und/oder des zu kontaktierenden Gegensteckers und/oder des zu kontaktierenden Leitung fortführen.
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Neben den funktionalen Aspekten der Schirmungselemente ist praktisch immer auch die Zuverlässigkeit der Kontaktierung der stromführenden Elemente sowie der schirmenden Komponenten von Verbindungsanordnungen besonders wichtig. Das bedeutet, dass neben der lückenlosen Abschirmung im Bereich von Steckverbindungen auch die zuverlässige Kontaktierung der Schirmungselemente des Kabels, der Steckverbindung und der Steckverbindungsgehäuse sehr relevant sind.
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In der Regel sind die Schirmungen innerhalb von Verbindungsanordnungen und endseitig von zu kontaktierenden Kabeln, Leitungen als Schirmhülsen ausgebildet. Die
DE 10 2012 110 233 A1 zeigt eine als Abschirmteil konzipierte Schirmhülse mit einem Federring in einer Verbindungsvorrichtung zur Übertragung von Hochvoltstrom im Kraftfahrzeugbereich mit mindestens einem ersten Anschlussorgan, mindestens einem zweiten Anschlussorgan, mindestens einem Abschirmgehäuseteil und Fixiermitteln, wobei das erste Anschlussorgan zumindest eine erste Gehäuseanordnung mit einem ersten Isoliergehäuseteil mit mindestens einem ersten Kontaktorgan, das mit einem Innenleiter eines Kabels elektrisch verbunden ist, und eine Abschirmanordnung, die mit einer Schirmung des Kabels verbunden ist, aufweist, wobei die Abschirmanordnung über ein Abschirmten mit dem Abschirmgehäuseteil verbunden ist und wobei das zweite Anschlussorgan zumindest eine zweite Gehäuseanordnung mit einem zweiten Isoliergehäuseteil mit mindestens einem zweiten Kontaktorgan, das mit einem Stromleitungsorgan elektrisch verbunden ist, aufweist.
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Die
DE 10 2017 105 499 A1 zeigt eine Abschirmungslösung innerhalb einer Verbindungsanordnung, bestehend aus einem Schirmrohr, bei dessen Kontaktierung mit einer Schirmungseinrichtung eines Kabels auftretende Korrosionen verhindert werden sollen. Dazu wird ein geschirmter Leiter vorgeschlagen, aufweisend ein Schirmrohr und ein Sekundärrohr, dessen eine Ende mit einem Endabschnitt des Schirmrohrs in einem Zustand verbunden ist, in dem das Sekundärrohr und das Schirmrohr leitend miteinander verbunden sind, weiterhin eine Kabelschirmungseinrichtung in Form eines geflochtenen Elementes, das durch Flechten blanker Metalldrähte zu einem Schlauch geformt ist und dessen einer Endabschnitt mit einer Außenumfangsfläche des anderen Endes des Sekundärrohrs verbunden ist, sowie elektrische Adern, die durch das Schirmrohr, das Sekundärrohr und das geflochtene Element verlaufen, sowie und eine Manschette, deren Endabschnitte in Dichtungskontakt mit Außenumfangsflächen des Sekundärrohrs und des Schirmrohrs sind, wodurch elektrische Verbindungsregionen, in denen die Manschette mit dem Schirmrohr und dem Sekundärrohr verbunden ist, abgedichtet sind, wobei ein Unterschied bei der Ionisierungstendenz zwischen dem Sekundärrohr und dem geflochtenen Element kleiner als ein Unterschied bei der Ionisierungstendenz zwischen dem Schirmrohr und dem geflochtenen Element ist.
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Eine Kontaktierungslösung geschirmter Verbindungsanordnungen offenbart beispielsweise auch die
DE 11 2015 000 697 T5 . Zur Lösung einer zuverlässigen und gegen Beschädigung geschützten Kontaktierungsverbindung mit Schirmungsfunktion bei Kabelbäumen von Fahrzeugen wird vorgeschlagen, eine Anordnung bestehend aus einem hülsenbeziehungsweise rohrförmigen Schirmrohr, einem flexiblen und ebenfalls rohrförmigen Schirmelement sowie einem Kopplungselement. Das Schirmrohr weist ein metallisches Material auf, ist starr und verfügt über einen Abschnitt mit erweitertem Durchmesser, bei dem es sich um einen Endabschnitt handelt, dessen Innenumfangsfläche und Außenumfangsfläche jeweils einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der jeweilige Durchmesser einer Innenumfangsfläche beziehungsweise einer Außenumfangsfläche eines Abschnitts, der sich an den Abschnitt mit erweitertem Durchmesser anschließt. Das rohrförmige flexible Schirmelement weist ebenfalls metallisches Material auf und ist flexibel, verfügt über einen überlappenden Abschnitt, bei dem es sich um einen Abschnitt in einem Endbereich handelt und der die Innenumfangsfläche des Abschnitts mit erweitertem Durchmesser des Schirmrohrs überlappt, und das dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Schirmrohr einen durchgängigen Hohlraum bereitzustellen. Das Kopplungselement, das ringförmig ist und den überlappenden Abschnitt des flexiblen Schirmelements hält, wobei der überlappende Abschnitt zwischen dem Kopplungselement und der Innenumfangsfläche des Schirmrohrs angeordnet ist.
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Bestehende Lösungen für Verbindungsanordnungen von geschirmten, elektrisch leitenden Kontaktelementen weisen häufig den Nachteil auf, dass die Kontaktelemente nicht ausreichend gegen mechanische Belastungen geschützt sind, insbesondere gegen ein Herausreißen des Kabels mit seiner kontaktierenden Seele und der Kabelschirmung. Vor allem die dazu auf das Kabel einwirkende axiale Zugkraft reicht oft schon mit geringerem Betrag aus, um das Kabel aus der Verbindungsanordnung zu reißen. Dies kann insbesondere im Hochvoltbereich Menschenleben gefährden und Störungen sowie Beschädigungen des Fahrzeugs, der Maschine oder Anlage bis hin zur Zerstörung nach sich ziehen. Eine weitere wichtige Anforderung ist die kostengünstige, massenherstellungstaugliche Fertigung der Verbindungskomponenten, möglichst geringe Einzelteilanzahl und möglichst automatisierte Montage derartiger Verbindungsanordnungen, um die daraus entstehenden Produkte wirtschaftlich und kostengünstig darstellen zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung Verbindungsanordnungen zur schirmenden Kontaktierung von Hochvoltkabeln weiterzuentwickeln, sodass die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise reduziert sind.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor, insbesondere aufweisend einen Kontaktträger mit einer Stromschiene und einem an der Stromschiene elektrisch leitendes und mechanisch festgelegtes Hochvoltkabel mit einer Kabelschirmung. Die Verbindungsanordnung umfasst weiterhin ein Schirmrohr und eine Stützhülse.
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Das Schirmrohr haust hinsichtlich elektromagnetischer Emissionen den im Innern aufgenommenen Kontaktträger mit Stromschiene und Hochvoltkabel weitgehend ein. Das Hochvoltkabel ist von einem stirnseitigen Ende des Schirmrohres in dessen Inneres eingeführt. An diesem stirnseitigen Ende verfügt das Schirmrohr über einen Crimpabschnitt mit wenigstens sechs Crimplaschen. Auf axialer Höhe des Crimpabschnittes des Schirmrohres und des Hochvoltkabels ist eine konzentrischer Ringspaltraum gebildet, in den eine Stützhülse mit einer Nut eingelegt ist.
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Durch Crimpen der wenigstens sechs Crimplaschen mit einem Crimp-Presswerkzeug sind die Crimplaschen des Schirmrohres anliegend sowie klemmend an der Kabelschirmung oder alternativ an einer äußeren Hochvoltkabelisolation. Kombiniert wird die durch die Crimplaschen hergestellte Crimpverbindung mittels der Stützhülse dadurch, dass die Crimplaschen zusätzlich in die von der Stützhülse bereitgestellte Nut eingepresst sind. Auf diese Weise erhöht die Erfindung die Widerstandskraft der Hochvoltkabel-Stromschienenverbindung gegen axial auf das Hochvoltkabel einwirkenden Zugkräfte und damit ein mögliches Herausreißen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Schnitt-Vorderansicht der Verbindungsanordnung mit einem Schirmrohr, einem Kontaktträger und dem an einer Stromschiene elektrisch leitend festgelegten Hochvoltkabel;
- 2 eine perspektivische Ansicht auf die Verbindungsanordnung.
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1 bildet eine Schnitt-Vorderansicht der Verbindungsanordnung 1 mit einem Schirmrohr 2, einem Kontaktträger 9 und dem an einer Stromschiene 8 elektrisch leitend festgelegten Hochvoltkabel 10 ab. Der Kontaktträger 9 mit Stromschiene 8 und Hochvoltkabel 10 werden von dem Schirmrohr 2 wenigstens bereichsweise eingehaust, sodass eine Abschirmung zumindest teilweise gegen elektromagnetische Emissionen erfolgt. Das Hochvoltkabel 10 ist von der stirnseitigen Öffnung des Schirmrohres 2 in den inneren Bereich des Schirmrohres 2 eingeführt.
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An der stirnseitigen Öffnung des Schirmrohres 2, in den das Hochvoltkabel 10 eingeführt ist, befindet sich ein Crimpabschnitt in Form eines Schirmrohrcrimps 3, aufweisend wenigstens sechs Crimplaschen 4. Im Innern des Schirmrohres 2 auf axialer Höhe zum Schirmrohrcrimp 3 wird innenseitig des Schirmrohrs 2 und zusammenwirkend mit dem Hochvoltkabel 10 ein konzentrischer Ringspaltraum gebildet, in dem eine Stützhülse 6 eingebracht und positioniert ist. Die Stützhülse 6 verfügt an ihrem äußeren Umfang und damit in Richtung der Innenseite des Schirmrohrcrimps 3 des Schirmrohres 2 über eine Nut 7, welche in Umfangsrichtung verläuft. Vorzugsweise ist die Nut 7 als Trapeznut ausgebildet.
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Die wenigstens sechs, vorzugsweise acht Crimplaschen 4 des Schirmrohrcrimps 3 liegen in gecrimptem Zustand klemmend an der Hochvoltkabelschirmung 13 an und sind in die Nut 7 der Stützhülse 6 eingepresst. Diese quasi-Zweifachcrimpung erhöht die Zugfestigkeit der Verbindung zwischen Schirmrohr 2, Stützhülse 6 und Hochvoltkabel 10, sodass die Widerstandskraft der Hochvoltkabel-Stromschienenverbindung gegen axial auf das Hochvoltkabel 10 einwirkende Zugkräfte und damit ein mögliches Herausreißen aus der Verbindung mittels der erhöhten Zugfestigkeit der Crimpung erschwert ist.
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Wenn, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel realisiert, die Crimplaschen 4 des Schirmrohres 2 in elektrisch leitendem Kontakt mit der Hochvoltkabelschirmung 13 sind, wird dadurch integrativ die Schirmübergabe von der Hochvoltkabelschirmung 13 an das Schirmrohr 2 bewerkstelligt. Alternativ kann das Hochvoltkabel 10 in dem Crimpbereich auch über eine äußere Isolation verfügen. Dann kontaktieren die Crimplaschen 4 die Hochvoltkabelschirmung 13 nicht, wobei dann die Schirmübergabe vorzugsweise im Innern des Schirmrohres 2 erfolgt.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Verbindungsanordnung 1 mit dem axial in das Schirmrohr 2 eingebrachten Hochvoltkabel 10 und der Crimpverbindung zwischen Hochvoltkabel 10 und Schirmrohr 2 in Form von Schirmrohrcrimp 3 und Stützhülse 6.
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Das Schirmrohr 2 ist in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung als gerolltes Schirmrohr 2 aufgebaut, das heißt es wird aus einem flächigen Halbzeug durch Rollen hergestellt und weist einen im Wesentlichen achsparallel verlaufenden Stoß auf. Dieser Stoß weist vorzugsweise wenigstens zwei Verbindungslaschen 5 auf, welche den Stoßabschnitt zusammenhält und ein Aufspringen verhindert. Dadurch ist der Stoß weitgehend geschlossen und weist im Wesentlichen keinen Luftspalt auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungsanordnung
- 2
- Schirmrohr
- 3
- Schirmrohrcrimp
- 4
- Crimplasche
- 5
- Verbindungslasche
- 6
- Stützhülse
- 7
- Nut
- 8
- Stromschiene
- 9
- Kontaktträger
- 10
- Hochvoltkabel
- 11
- Kabelseele
- 12
- Isolation
- 13
- Hochvoltkabelschirmung
- M
- Mutter