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Die Erfindung betrifft eine Verschlussvorrichtung mit einem Verschlussdeckel zum Abdecken von Hochvolt-Anschlüssen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Aktuelle Hochvolt-Systeme, welche beispielsweise die Leistungselektronik, eine Hochvoltbatterie und elektrische Antriebsmotoren im Automobilbereich umfassen können, sind gemäß der ECE-R100 als Systeme definiert, welche mit einer Spannung von mehr als 60 V arbeiten. Derartige Systeme werden häufig im Bereich von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Für solche Hochvolt (HV-)-Systeme sind dabei besondere Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise Berührschutzmaßnahmen und Abschaltsysteme, notwendig. Die Abschaltsysteme umfassen dabei eine sogenannte Interlock-Funktion, welche durch eine Interlock-Einrichtung realisiert wird. Sobald der Kontakt einer Niedervolt-Pilotleitung oder -Sicherheitsleitung des Interlock-Systems unterbrochen wird, wird die Spannungsversorgung zum Hochvoltbereich unterbrochen und die im System befindliche Hochspannung in einem definierten Zeitraum heruntergefahren, um sicherzustellen, dass keine spannungsführenden Hochvolt-Bauteile berührt werden können. Die Niedervolt- oder NV-Spannung liegt dabei üblicherweise bei fahrzeugüblichen 12 V oder 24 V.
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Die
DE 10 2016 201 328 A1 beschreibt in diesem Zusammenhang eine Verschlussvorrichtung an einem Gehäuse, in welchem Hochvolt-Anschlüsse angeordnet sein können. Das Gehäuse weist dabei einen Verschlussdeckel auf, welcher den Zugang zu den Hochvoltanschlüssen abdeckt. In der Anmeldung ist außerdem der Einsatz einer Interlock-Einrichtung im oben beschriebenen Sinn dargelegt, um das System außer Spannung zu setzen, wenn der Deckel der Berührschutzeinrichtung verloren geht oder entfernt wird.
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In der Praxis ist es nun so, dass in Hochvolt-Systemen die Spannungen relativ hoch sein können. Trotz einer Abschaltung über eine Interlock-Einrichtung kann die Spannung in einzelnen spannungsführenden Teilen dabei noch für mehrere Sekunden vorhanden sein, bis sie sich abgebaut hat bzw. aktiv heruntergefahren wurde. Trotz abgeschalteter Spannungsversorgung ist somit ein sicheres Berühren von Hochvolt-Anschlüssen nach wie vor nicht möglich.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verschlussvorrichtung anzugeben, welche sicherstellt, dass im geöffneten Zustand eine Berührung der Hochvolt-Anschlüsse unkritisch ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Verschlussvorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung umfasst einen Verschlussdeckel zur Abdeckung von Hochvolt-Anschlüssen in einem Gehäuse und eine Interlock-Einrichtung, ähnlich wie der Aufbau im eingangs genannten Stand der Technik. Ferner ist wenigstens eine Schraube zum Befestigen des Verschlussdeckels an dem Gehäuse vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst der Verschlussdeckel einen Niedervolt-Kontaktstecker, dessen Kontaktstifte über eine korrespondierende Buchse in dem Gehäuse - oder auch umgekehrt - Kontakte der Interlock-Einrichtung ausbilden. Werden diese Kontaktstifte also aus der Buchse entfernt, wird eine Pilotleitung oder Sicherheitsleitung der Interlock-Einrichtung unterbrochen und über die Interlock-Einrichtung wird die HV-Spannungsversorgungabgeschaltet und die noch im System vorhandene Hochspannung heruntergefahren. Um sicherzustellen, dass der Verschlussdeckel zu diesem Zeitpunkt noch auf dem Gehäuse verbleibt ist es vorgesehen, dass die Gewindelänge der Verschraubung zwischen wenigstens einer Schraube und einem Gewinde, z.B. in dem Gehäuse, größer als die axiale Kontaktlänge der Kontaktstifte in der Buchse ist. Die Kontaktstifte sind also, wenn das Gewinde der Schraube nicht mehr fasst, in jedem Fall schon aus dem elektrischen Kontaktbereich der Buchse ausgetreten, sodass der über den Niedervolt-Kontaktstecker realisierte Kontakt unterbrochen ist, bevor die Schraube den Verschlussdeckel freigibt. Dabei kann die Schraube in eine Gewindebohrung des Gehäuses eingeschraubt werden oder sie kann Teil des Gehäuses oder als Gewindestange mit diesem verschraubt sein und den Verschlussdeckel über eine Schraubenmutter sichern.
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Hierdurch kann sichergestellt werden, dass über die spezielle Konstruktion des Verschlussdeckels und die Gewindelänge der Verschraubung ein Entfernen des Deckels ohne eine Kontaktunterbrechung der Pilotleitung der Interlock-Einrichtung zuverlässig verhindert wird. Eine Berührung der durch den Deckel geschützten Hochvolt-Anschlüsse, solange diese noch mit der Spannungsquelle verbunden sind, ist damit nicht möglich.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es ferner vorgesehen sein, dass die Schraube axial fest mit dem Verschlussdeckel verbunden und in eine Gewindebohrung des Gehäuses einschraubbar ist. Eine solche axial fest mit dem Verschlussdeckel verbundene häufig auch als verliersichere Schraube bezeichnete Schaube bietet den Vorteil, dass die Bewegung des Deckels fest an das Herausdrehen der Schraube gekoppelt ist, diese eben nicht verloren gehen kann und zuverlässig im Bereich des Verschlussdeckels verbleibt, um so sicherzustellen, dass dieser einfach wieder montiert werden kann, nachdem beispielsweise eine Reparatur im Inneren des Gehäuses erfolgt ist, neue Elemente angeschlossen worden sind oder dergleichen.
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Eine außerordentlich günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung sieht es dabei ferner vor, dass der Verschlussdeckel einen Bajonettverschluss aufweist, welcher Bajonettelemente umfasst, die im geschlossenen Zustand des Verschlussdeckels um einen Winkel verdreht zu Bajonettelementen des Gehäuses ausgebildet sind. Beispielsweise könnten die Bajonettelemente des Verschlussdeckels Vorsprünge sein, welche mit entsprechenden Ausnehmungen als Bajonettelemente des Gehäuses korrespondieren. Sie lassen sich dann nur in einer bestimmten Winkellage in axialer Richtung, also zum Aufsetzen oder Abnehmen des Deckels, bewegen, sodass zusätzlich zur Sicherung über die Schraube eine Sicherung über einen derartigen Bajonettverschluss erfolgt. Der Bajonettverschluss stellt dann sicher, dass -nachdem die Schraube gelöst ist- der Deckel nicht unmittelbar abfällt sondern erst durch Verdrehen im Bereich des Bajonettverschlusses gelöst werden muss, was zusätzlich Montagezeit benötigt, innerhalb welcher sich die Spannung im Bereich der HV-Anschlüsse reduzieren kann, um die von ihr ausgehende Gefährdung noch weiter zu reduzieren.
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Dies wird gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Idee dadurch erreicht, dass die Bajonettelemente des Verschlussdeckels an eine den Verschlussdeckeln in Richtung des Gehäuses axial überragenden Vorsprung beabstandet von den Bajonettelementen des Gehäuses angeordnet sind. Der Verschlussdeckel kann also nach dem Lösen der Schraube in axialer Richtung, also von dem Gehäuse weg, um ein bestimmtes Wegstück bewegt werden, bevor die Bajonettelemente auf dem Vorsprung einerseits und in dem Gehäuse andererseits in Eingriff kommen und ein weiteres Abheben des Verschlussdeckels nur dann erlauben, wenn dieser um den vorgegebenen Winkel verdreht wird.
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Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung sieht es dabei ferner vor, dass die Bajonettelemente des Verschlussdeckels einerseits und des Gehäuses andererseits so angeordnet sind, dass diese im verschlossenen Zustand des Verschlussdeckels auf dem Gehäuse zumindest um die Gewindelänge der Schraube axial voneinander beabstandet sind. Hierdurch wird also gewährleistet, dass zuerst die verliergesicherte Schraube vollständig aus ihrem Gewinde in dem Gehäuse herausgeschraubt werden muss, bevor der Verschlussdeckel sich in axialer Richtung um ein erstes Wegstück abheben lässt, welches die Unterbrechung der Kontakte der Interlock-Einrichtung gewährleistet. Erst nachdem diese Kontakte unterbrochen sind, kommt bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der Verschlussvorrichtung ein Kontakt zwischen den Bajonettelementen des Verschlussdeckels einerseits und des Gehäuses andererseits zustande, sodass der Verschlussdeckel jetzt um den vorgegebenen Winkel verdreht werden muss, bevor die Bajonettelemente einander passieren können und der Verschlussdeckel vollständig abgenommen werden kann.
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Diese Variante ist besonders sicher. Nach dem Lösen der Schraube und dem Abheben des Verschlussdeckels um ein erstes Wegstück, welches insbesondere größer als die Gewindelänge der Verschraubung ist, werden also die Kontakte der Interlock-Einrichtung unterbrochen und diese schaltet die Hochspannung ab. Im Anschluss muss der Verschlussdeckel verdreht werden, sodass die Bajonettelemente des Verschlussdeckels und des Gehäuses einander passieren können, bevor der Verschlussdeckel vollständig abgenommen werden kann. Dieser Vorgang bedarf einer gewissen Zeit von beispielsweise 4 bis 6 Sekunden bei der Demontage. Diese Demontagezeit liegt dabei zeitlich nach dem Abschalten der Hochspannung, sodass diese sich im Bereich der HV-Anschlüsse abbauen kann. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Verschlussdeckel endgültig abgehoben werden kann, liegt dann keine Restspannung mehr im Bereich der HV-Anschlüsse an. Die Verschlussvorrichtung ist damit besonders sicher.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung kann es dabei vorsehen, dass der Vorsprung Teil des Niedervolt-Kontaktsteckers ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn der Niedervolt-Kontaktstecker in das Innere des Gehäuses hineinragt, um dort die Kontakte der Buchse entsprechend zu berühren oder anders herum. Wenn er ohnehin in diese Richtung, also in der axialen Richtung gemäß der Erfindung, über den Verschlussdeckel hinaus und in das Gehäuse hineinragt, eignet sich dieser Vorsprung nun ideal, um einerseits den Niedervolt-Kontaktstecker auszubilden oder zu tragen und andererseits die Bajonettelemente des Verschlussdeckels aufzunehmen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verschlussvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung gemäß der Erfindung in einem ersten Betriebszustand;
- 2 die Verschlussvorrichtung gemäß 1 in einem zweiten Betriebszustand;
- 3 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie III-III in 2;
- 4 die Verschlussvorrichtung gemäß 1 in einem weiteren Betriebszustand;
- 5 eine Darstellung analog zu der in 3 im Betriebszustand der Verschlussvorrichtung gemäß 4; und
- 6 die Verschlussvorrichtung im geöffneten Zustand.
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In der Darstellung der 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer Verschlussvorrichtung 1 in einer Ausführungsvariante der Erfindung zu erkennen. Die schematische und stark vereinfachte Schnittdarstellung zeigt ein Gehäuse 2, welches über einen Verschlussdeckel 3 verschlossen ist, um die Berührung von zwei angedeuteten Hochvolt-Anschlüssen 4 im Inneren des Gehäuses 2 zu verhindern. In dem Gehäuse 2 befindet sich dafür eine Interlock-Einrichtung 5, welche über eine angedeutete Buchse 6 mit Kontaktstiften 7 eines Niedervolt-Kontaktsteckers 8 in Kontakt steht. Hierdurch wird eine Pilotleitung oder Sicherheitsleitung des die Interlock-Einrichtung 5 umfassenden Interlock-Systems geschlossen gehalten. Wird diese Leitung geöffnet, also der elektrische Kontakt unterbrochen, wird über die Interlock-Einrichtung 5 in an sich bekannter Art und Weise die Spannung von den Hochvolt-Anschlüssen 4 abgeschaltet.
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Der Niedervolt-Kontaktstecker 8 befindet sich auf einem den Verschlussdeckel 3 in axialer Richtung a in Richtung des Gehäuses 2 überragenden Vorsprung 9, welcher mit dem Verschlussdeckel 3 verbunden ist. Der Verschlussdeckel 3 ist über wenigstens eine Schraube 10 mit dem Gehäuse 2 verschraubt, um dieses sicher und zuverlässig zu verschließen. Auf die Darstellung weiterer Befestigungselemente, Schrauben, Dichtungen und dergleichen, welche bei derartigen Gehäusen 2 und ihren Verschlussdeckeln 3 an sich bekannt sind, wurde hier verzichtet, um die Darstellung möglichst einfach und schematisch zu halten. Nichtsdestotrotz können diese Elemente selbstverständlich vorgesehen sein.
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Ein entscheidender Aspekt ist es nun, dass eine Gewindelänge I der Verschraubung zwischen der Schraube 10 und einer Gewindebohrung 11 in der Axialrichtung a, welche durch die Mittelachse der Schraube 10 bzw. parallel hierzu definiert sein soll, größer ist als die axiale Kontaktlänge der Kontaktstifte 7 in der Buchse 6. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Lösen der Schraube 10 und einer entsprechenden Bewegung des Verschlussdeckels 3 in axialer Richtung a weg von dem Gehäuse 2 zuerst der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstiften 7 und der Buchse 6 öffnet, bevor die Schraube 10 gänzlich herausgedreht ist und somit ein Abnehmen des Verschlussdeckels erlaubt. Hierdurch ist bereits sichergestellt, dass die Hochvolt-Anschlüsse 4 nicht berührt werden können, solange über die Interlock-Einrichtung 5 die Hochvoltversorgung nicht in an sich bekannter Art und Weise abgeschaltet ist.
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Die Verschlussvorrichtung 1 umfasst hier einen weiteren optionalen Sicherheitsaspekt, indem im Bereich des Vorsprungs 9 deckelseitige Bajonettelemente 12 vorgesehen sind, welche mit, insbesondere in den Darstellungen der 3 und 5 später noch besser erkennbaren gehäuseseitigen Bajonettelementen 13, in der nachfolgend beschriebenen Art zusammenwirken.
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In der Darstellung der 2 ist derselbe Aufbau wie in der Darstellung der 1 nochmals zu erkennen, mit dem einzigen Unterschied, dass die Schraube 10 nun aus dem Gewinde 11 herausgeschraubt ist. Dementsprechend sind die Kontaktstifte 7 nicht mehr im elektrischen Kontakt mit der Buchse 6 und die Spannungsversorgung der Hochvolt-Anschlüsse 4 ist durch die Interlock-Einrichtung 5 bereits unterbrochen. In der Praxis ist es allerdings so, dass die Hochvolt-Anschlüsse 4 noch für einige weitere Sekunden die Hochspannung führen können, sodass diese nicht vor einem Zeitablauf von in etwa 4 bis 6 Sekunden für eine Berührung zugänglich sein sollten. Dies wird hier einerseits durch die Notwendigkeit des Lösens der Schraube 10 über die gesamte Gewindelänge I der Verschraubung aus der Schraube 10 und dem Gewinde 11 im Gehäuse 2 erreicht und andererseits optional und ergänzend durch die bereits angesprochenen Bajonettelemente 12, 13 des Verschlussdeckels 3 und des Gehäuses 2.
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In der Darstellung der 2 ist nun ein Zustand gezeigt, in welchem der Verschlussdeckel 3 axial von dem Gehäuse 2 abgezogen ist, nachdem die wenigstens eine Schraube 10 entsprechend gelöst wurde. Die Bajonettelemente 12 an dem Vorsprung 9 des Verschlussdeckels 3 schlagen nun an den gehäuseseitigen Bajonettelementen 13 an. In der Ansicht der 3 ist dies erkennbar. Hier ist das Gehäuse mit dem einteilig oder integriert in das Gehäuse ausgebildeten Bajonettelementen 13 zu erkennen. Dieses ist als runde Bohrung mit seitlichen Ausklinkungen in einer Platte 14 ausgebildet. Schraffiert im Schnitt ist der Vorsprung 9 zu erkennen und gestrichelt hinter der Platte 14 sind die beiden Bajonettelemente 12 des Verschlussdeckels 3 erkennbar. Ein Herausziehen des Verschlussdeckels 3 in dieser Position ist nun nicht möglich, da die Bajonettelemente 12 des Verschlussdeckels 3 an der Platte 14 anschlagen. Der Bajonettverschluss ist also in seiner verriegelten Stellung.
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Erst ein Verdrehen des Verschlussdeckels 3 um die parallel zur axialen Richtung a verlaufende Achse des Vorsprungs 9, wie es in der Darstellung der 4 angedeutet ist, ermöglicht es einer das Gehäuse 2 öffnenden Person nun den Verschlussdeckel 3 abzuziehen, indem die Bajonettelemente 12 so mit den Ausnehmungen der Bajonettelemente 13 in der Platte 14 in Übereinstimmung (vgl. 5) gebracht werden, sodass der Verschlussdeckel 3, wie es in der Darstellung der 6 zu erkennen ist, in diesem verdrehten Zustand gänzlich herausgezogen werden kann. Der Verdrehwinkel kann dabei frei gewählt werden, ebenso der Drehsinn. In der Praxis hat sich ein Winkel von in etwa 30° bis in etwa 90° bewährt. Nicht dargestellte Anschläge im Bereich der Platte 14 können die Drehung begrenzen und/oder ein Verdrehen in die falsche Drehrichtung unterbinden.
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Erst nachdem der Verschlussdeckel 3 so demontiert worden ist, sind die Hochvolt-Anschlüsse 4 frei zugänglich. Die gesamte Demontage des Verschlussdeckels 3 hat dabei eine vergleichsweise lange Zeitspanne von beispielsweise 6 bis 8 Sekunden benötigt, um einerseits die Schraube 10 zu lösen, den Verschlussdeckel 3 zu verdrehen, um den Bajonettverschluss zu öffnen und den Verschlussdeckel 3 dann abzuziehen. Hierdurch wird eine ausreichende Zeit zum Abbau der Spannung im Bereich der Hochvolt-Anschlüsse 4 zur Verfügung gestellt, sodass diese nun einige Sekunden, nachdem sie von der Spannungsquelle getrennt worden sind, in jedem Fall auch spannungsfrei sind.
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Die Schraube 10 kann dabei insbesondere verliersicher in dem Verschlussdeckel 3 gehalten werden, beispielsweise durch einen Sprengring oder dergleichen, sodass diese zwar gedreht aber in axialer Richtung a nicht gegenüber dem Verschlussdeckel 3 bewegt und von diesem entfernt werden kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei nachfolgendem Verschließen des Gehäuses 2 mit dem Verschlussdeckel 3 die Schraube 10, und zwar genau die Schraube 10, deren Gewinde auf die erforderliche Gewindelänge I der Verschraubung abgestimmt ist, in genau der richtigen Position zum Einsatz kommt.
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Die erneute Montage des Verschlussdeckels 3, welcher gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung aus Kunststoff ausgeführt sein kann, erfolgt dann in der umgekehrten Reihenfolge. Der Verschlussdeckel 3 wird also gegenüber dem Gehäuse 2 positioniert, sodass die Bajonettelemente 13 in der Platte 14 und die Bajonettelemente 12 des Verschlussdeckels 3 fluchten. Der Verschlussdeckel 3 kann dann soweit eingeschoben werden, bis die Bajonettelemente 12 des Verschlussdeckels 3 in axialer Richtung a vom Verschlussdeckel 3 aus gesehen hinter der Platte 14 liegen. Der Verschlussdeckel 3 kann dann in seine endgültige Winkellage verdreht werden, wodurch die Schraube 10 in den Bereich der Gewindebohrung 11 gelangt und in diese eingeschraubt werden kann. Der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstiften 7 und der Buchse 6 wird dabei erst beim Einschrauben der Schraube hergestellt, insbesondere, wenn diese nahezu vollständig eingeschraubt ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass über die Interlock-Einrichtung 5 die elektrische Anbindung der Hochvolt-Anschlüsse 4 erst dann erfolgt, wenn der Verschlussdeckel 3 das Gehäuse 2 wieder soweit verschließt, dass die Hochvolt-Anschlüsse 4 vor potenziellen Berührungen sicher geschützt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016201328 A1 [0003]