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WO2019057239A1 - Hochstromsteckverbinder mit isolierhülse - Google Patents

Hochstromsteckverbinder mit isolierhülse Download PDF

Info

Publication number
WO2019057239A1
WO2019057239A1 PCT/DE2018/100761 DE2018100761W WO2019057239A1 WO 2019057239 A1 WO2019057239 A1 WO 2019057239A1 DE 2018100761 W DE2018100761 W DE 2018100761W WO 2019057239 A1 WO2019057239 A1 WO 2019057239A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
connector
connection
cable
current connector
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100761
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Schnieder
Original Assignee
Harting Electric Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harting Electric Gmbh & Co. Kg filed Critical Harting Electric Gmbh & Co. Kg
Priority to US16/645,208 priority Critical patent/US10992080B2/en
Priority to KR1020207011120A priority patent/KR102386790B1/ko
Priority to CN201880061213.1A priority patent/CN111133633B/zh
Priority to EP18773929.7A priority patent/EP3685471B1/de
Publication of WO2019057239A1 publication Critical patent/WO2019057239A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/183—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R13/5025—Bases; Cases composed of different pieces one or more pieces being of resilient material
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    • H01R13/58—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable
    • H01R13/5804—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable comprising a separate cable clamping part
    • H01R13/5816—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable comprising a separate cable clamping part for cables passing through an aperture in a housing wall, the separate part being captured between cable and contour of aperture
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/03—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections
    • H01R9/05—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections for coaxial cables
    • H01R9/0521—Connection to outer conductor by action of a nut
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/10—Sockets for co-operation with pins or blades
    • H01R13/11—Resilient sockets
    • H01R13/111—Resilient sockets co-operating with pins having a circular transverse section

Definitions

  • the invention is based on a high-current connector according to the preamble of the independent claim 1.
  • Connectors are basically required to reversibly connect electrical lines or connections.
  • connectors and mating connectors are used to provide an electrical and mechanical connection between two electrical conductors or an electrical conductor and a device or a
  • high current connectors are needed to provide a particularly high electrical current of e.g. more than and including 100 amps (A), especially more than 200 amps inclusive, preferably more than 400 amps inclusive, and more particularly an electrical current greater than or equal to 600 amps and in some instances even up to 800 amps and greater than one to the high current connector belonging high current contact element, eg via a pin or a socket contact to transfer.
  • A amps
  • High current connector lead compared to their ground potential voltages that amount to several thousand volts (V), ie. at least 2000 V, in particular at least 3000 V, for example 4000 V and more, e.g. up to 4800 V or even more.
  • V thousand volts
  • the ground potential may be at least at a cable gland of the high-current connector and in particular on an at least partially metallic
  • the pin and / or socket contacts of the high current connectors may have an outer or inner diameter of more than 1 cm, eg at least 1, 5 cm, preferably at least 2 cm, more preferably at least 2.5 cm or in some cases even 3 cm and more.
  • a cross-sectional area of at least 70 mm 2 in particular at least 95 mm 2 , preferably at least 120 mm 2 , more preferably 150 mm 2 , for example, 185 mm 2 and more.
  • these are stranded conductors.
  • Such a stranded conductor can be connected on the cable connection side to the respective connection region of a high current contact element, for example crimped on a crimp connection or screwed eg with an axial screw connection known from the prior art, in order to produce a reliable and low-resistance electrical contact.
  • Such high-current connectors are used for example in the railway sector. Also applications in power plants, transformer stations,
  • the connector which is designed as a plug or mounting housing.
  • the connector consists of a connector housing, in which an insulating body is received with electrical contacts.
  • the electrical contacts are provided for connecting electrical lines, which are guided on the back of the connector from the plug or mounting housing.
  • From DE 10 2010 014 982 A1 discloses a connector for electrically connecting a cable is known.
  • the connector has a
  • the shield element serves the electrical Contacting a cable shield and electrically connecting the cable shield to the connector housing.
  • High-current plug-in contact whose aluminum crimping area and its plugging area are made of copper, to electrical problems when connecting a high-current aluminum cable to a high-current copper cable or a high-current copper contact in the area of
  • High current connectors in particular due to the often performed by them, mentioned above high voltages of e.g. up to 4800 V and more, often resulting in relatively large so-called “creepage distances and creepage distances.”
  • so-called electrical "leakage current” flows and / or by it comes to voltage breakdowns such as flashovers.
  • the object of the invention is to be as compact as possible
  • a high current connector has a connector housing and a metal high current contact element.
  • the high current connector has a plug side and a connection side.
  • the high current contact element is arranged in the interior of the connector housing.
  • the high current contact element has a plug-in area and a
  • connection area to which an electrical conductor, in particular a Stranded conductor, a high-current electrical cable can be connected.
  • the electrical high-current cable is by means of a cable attachment
  • the high-current connector has an insulating sleeve fastened to its connection side or at least attachable.
  • This insulating sleeve is characterized in that it has a hollow cylindrical portion at a first end, namely cable connection side. To one opposite, namely
  • the high-current cable described below is connected to the high-current connector or at least connectable.
  • the current-carrying electrical conductor of the high-current cable is surrounded by insulation.
  • the electrical conductor is preferably made of cable strands, so that it is a stranded conductor and the insulation surrounding it is a strand insulation, which in the
  • the strand insulation of the high current cable is surrounded in the normal state by a braided shield, which in turn is covered by an outer sheath.
  • the outer jacket is preferably made of a
  • the high current cable To connect to the high current contact of the high current connector, the high current cable first
  • the braid is then usually bent away from the end of the high-current cable to be connected by 180 ° and can in the cable attachment, in particular the cable gland, together with the other high-current cable on preferably at least partially metallic but possibly also electrically insulating
  • Connector housing attached, e.g. bolted, and possibly electrically connected to it.
  • the terminal end of the high current cable is ultimately stripped, i. the strand insulation is removed at the terminal end to allow the stranded conductor to be connected to the high current contact element.
  • the insulating sleeve with its funnel-shaped mounting portion is attachable to the connector housing.
  • the insulating sleeve can be inserted with its attachment portion in the connector housing.
  • the insulating sleeve can engage, for example, in the high-current connector.
  • the insulating sleeve can be inserted into a negative mold of the insulating sleeve, which is formed in the interior of the connector housing.
  • Another possible embodiment consists in a snapping the insulating sleeve on the connector housing, preferably in conjunction with a rubber and / or
  • Cable connection side is the insulating sleeve with its hollow cylindrical section on the high-current cable, in particular his
  • Strand insulation can be pushed on.
  • the insulating sleeve is then in the stripped area of the
  • Strand insulation on and can be arranged at least in sections between the braid and the strand insulation.
  • Section of the insulating sleeve can for this purpose correspond to the outer diameter of the strand insulation of the high-current cable.
  • the high-current contact element is intended to transmit high electrical currents and, in particular, can also lead to particularly high electrical voltages.
  • the high current contact element in particular its connection region, is thus a live component of the high current connector.
  • Another voltage-carrying part is the electrical conductor, in particular the stranded conductor, the
  • the cable attachment in particular cable gland, of
  • High current connector and possibly the preferably at least partially electrically conductive connector housing can lead ground potential.
  • Another ground potential leading part is the screen, in particular the screen braid of the
  • the connector housing is not electrically conductive, that is, for example, consists of an electrically insulating plastic, at least the cable attachment, in particular cable gland, and the screen attached thereto, for example, the braided shield on the High current connector connected electrical
  • Creepage distances of the same size Depending on other design factors and the two air gaps can be made the same size. Both have the reason that the electric current basically seeks the path of least resistance, one
  • the outer creepage distance extends from the connection region of the high-current contact element via the outer region of the insulating sleeve to the braided shield and / or to the cable attachment, in particular
  • Cable gland which is at ground potential, by e.g. is in electrical contact with the shield braid of the high current cable.
  • the outer creepage distance can be increased in an advantageous embodiment by the shape of a, on the funnel-shaped mounting portion formed on the outside, circumferential gradation.
  • the gradation can be one or more, that is two, three, four, five or six or even have even more increases to extend the outer creepage distance.
  • At least one, preferably two, of the increments associated with the gradation also serve to secure the insulating sleeve to the connector housing.
  • the gradation thus consists of at least one circumferential increase.
  • the gradation has at least two circumferential elevations, namely a first elevation and a second elevation.
  • the first elevation which is arranged in the direction of the cable connection side of the insulating sleeve, is made higher than the second elevation, which is arranged in the direction of the device connection side of the insulating sleeve.
  • the gradation can also be from a
  • connection side at least two, so two, three, four, five, six or more circumferential recesses, thereby further increasing the outer creepage distance of the current and at the same time to preserve the compact design of the connector housing at least or even to be able to reduce .
  • the at least one recess of the fastening of the insulating sleeve on the connector housing can also serve.
  • hollow cylindrical portion of the insulating sleeve to the braid of the high current cable is thus influenced substantially by the length of the hollow cylindrical portion.
  • An increase in the length of the hollow cylindrical section thus increases the length of the inner creepage distance, without affecting the geometric size of the
  • the funnel shape of the mounting portion of the insulating sleeve can serve to extend the outer air gap by, in simple words, the air gap in a detour around the
  • the outer air gap can therefore be increased by the shape of the funnel-shaped attachment portion. This can - depending on the specific design - in particular by using an at least partially made of plastic connector housing - are supported.
  • the direct air gap runs along a straight-line connection line from the connection region of the high-current contact element to
  • the direct air gap between the connection region and the cable gland can thus also be increased.
  • a direct breakdown of the connection area to the cable gland can be prevented.
  • the relevant area of the insulating sleeve lies on the direct connection line, which is from the connection area of the
  • the direct air plug can be of particular importance when the connector housing is at least partially made of an electrically insulating material, such as plastic. Furthermore, however, it may also be of importance for metallic connector housings if the cable fixture or the screen braid are arranged closer to the terminal region due to the design of the high-load connector than the high-current contact element at any grounded, metallic region of the connector housing. Finally, the connector housing, for example
  • Shielding purposes at least partially made of an electrically conductive material, e.g. be formed of metal, in particular aluminum.
  • the connector housing may also be partially formed of metal and partially made of plastic.
  • the connector housing may also be partially formed of metal and partially made of plastic.
  • the housing may be made of metal, e.g. Aluminum, be formed and inside a plastic coating or an inner plastic cladding o.ä. respectively.
  • the plastic usually serves to a direct electrical connection of the
  • the plastic material would optionally have additionally sufficient strength.
  • the direct air gap is initially shorter than the path from high current contact element to possibly electrically conductive and grounded connector housing.
  • the material thickness of the insulating sleeve in the relevant area is of particular importance, and the insulating sleeve thus increases in this case the direct air gap.
  • the connector housing is preferably an angled connector housing. This means that the mating side and the connection side are arranged at an angle, in particular a right angle, to one another.
  • the high-current contact element can be made in two parts and can thereby allow a rectangular connection area, which provides over a curved area, the particular advantage of a particularly large space savings.
  • the preferably metallic high-current contact element thus consists of a first part and a second part, which are connected to one another in the connection region.
  • the first part has a plug-in area, which may have a contact pin or a contact socket.
  • the second part is formed from a connection region, which in particular has a crimp or axial screw connection.
  • One of the two parts, preferably the second part may have a connection opening for the electrical and mechanical connection with the other, preferably the first, part.
  • the respective other of the two parts, preferably the first part has a connecting section which interacts mechanically and electrically with the connecting opening of the second part and preferably can be accommodated in a positive and non-positive manner therein.
  • the aim is to connect these two parts.
  • The can in a less preferred embodiment by a screw and / or in a particularly preferred embodiment by a so-called
  • the connecting portion may have an external thread and the connecting opening has a matching internal thread, so that the connecting portion in the connection opening
  • the electrical and mechanical connection of the two parts is produced by said shrinking, that is to say by a shrink-on connection.
  • the technique of shrinking consists in that the part which has the connection opening, preferably the second part, is heated, whereby the connection opening expands.
  • the other part, preferably this is the first part, is then, for example, with its connecting portion, in the
  • Connection opening and the connecting portion have a circular cross-section to interlock positively, so that the risk of tilting does not exist.
  • connection opening is reduced again by cooling (shrunk), so that the connection opening the
  • Connecting section positively and non-positively encloses.
  • the holding and contact force of this connection can - depending on the material thickness and
  • strain relief so to relieve the connection of the stranded conductor to the terminal region of the high current contact element of mechanical stress in the form of tensile forces.
  • the cable attachment in particular cable gland but possibly also the screen connection to a, at least partially metallic connector housing.
  • an additional protective earth contact (“protection earth Contact "/" PE contact ”) may be provided, which will not be described here in detail.
  • Cable glands are known in the art.
  • DE 103 1 1 473 B3 discloses a cable gland in which the strain relief is combined with the seal.
  • the cable attachment is mounted on the connection side of the high current connector and secures the high current cable to the connector housing.
  • the cable attachment, in particular cable gland, for a ground connection of the shield braid to the high-current connector, in particular its connector housing, provide.
  • the insulating sleeve on a rotation can be a chamfer or a recess or a molding on the rotation.
  • Connector housing or fit accordingly. Thus, a rotation of the insulating sleeve is prevented in the connector housing.
  • the insulating sleeve according to the invention thus sufficiently large clearance and creepage distances are ensured.
  • the entire high current connector is also compact, i. designed to save space and has in particular in the direction of insertion a
  • the insulating sleeve has a simple and thus inexpensive to manufacture design.
  • FIG. 1 is a perspective view of an insulating sleeve according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of a
  • Fig. 3 is a sectional view of the high current connector with the
  • Insulating sleeve and the high-current cable Insulating sleeve and the high-current cable.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an insulating sleeve according to the invention 4. In this illustration, the right rear
  • Inner radius which increases towards the housing connection side end.
  • Fixing section 4.4 are formed a gradation.
  • Gradation is formed in this example of a first increase 4.1 1 and a second increase 4.12 and serves to an external
  • the first increase 4.1 1 with respect to the second increase 4.12 is arranged in the direction of the cable connection side K of the insulating sleeve 4.
  • the first increase 4.1 1 is performed higher than the second increase 4.12, which is relatively more in the direction of the housing connection side G of the insulating sleeve 4 is arranged.
  • the two elevations 4.1 1, 4.12 can also serve to secure the insulating sleeve 4 to the connector housing 2.
  • the insulating sleeve 4 has on its housing connection side G a first anti-rotation lock 4.21 and a second anti-rotation lock 4.22.
  • the first rotation 4.21 is an Anformung to the first increase 4.1 1, wherein the Anformung 4.21 points in the direction of the housing connection side G and thus between the two
  • Elevations 4.1 1, 4.12 is arranged.
  • the second anti-rotation 4.22 is a recess with a chamfer, which is arranged at the housing-side end of the insulating sleeve and has both an inner and an outer contour.
  • at least two types of anti-rotation locks 4.21, 4.22 are shown, however, the use of e.g. only the first
  • FIG. 2 shows a perspective view of a high current connector 1.
  • the high current connector 1 has a plug side S and a connection side A.
  • the plug side S and the connection side A are arranged at a right angle to each other.
  • the high current connector 1 thus has an angled
  • the connector housing 2 is a
  • High current contact element 3 was added, which is hidden in this illustration by the connector housing 2 and therefore not visible. However, the high current contact element 3 is clearly visible in FIG. Terminal side A, the insulating sleeve 4 is attached to the connector housing 2, wherein in this illustration, only the hollow cylindrical section 4.3 and the first increase 4.1 1 of the insulating sleeve 4 can be seen.
  • the insulating sleeve 4 is pushed with its hollow cylindrical section 4.3 under a braided shield 5.1 of the high-current cable 5.
  • the braid 5.1 is in
  • the high-current cable 5 can be attached to the connector housing 2 in this area for strain relief and possibly for ground connection by means of a cable attachment, not shown in the drawing, namely a cable gland.
  • Fig. 3 shows a sectional view of the previous arrangement.
  • the high current cable 5 is very easy to see in cross section. Inside, it has an electrical conductor in the form of a stranded conductor 5.0. Above this is the strand insulation 5.3, which is removed on the connection side, i. On the connection side, the high-current cable 5 is stripped. On the strand insulation is usually the screen in the form of a shield braid 5.1. Above it is the jacket 5.2. of the high-current cable 5. The high-current cable 5 is partially stripped on the connection side. The stripped area is larger than the stripped area. In the intermediate region formed thereby, the braided screen is exposed in a section and can be 180 ° from
  • Connection area are bent away, as shown in the drawing.
  • For Hochstrom prominenceelement 3 includes a plug-in 3.1 with a connecting section 3.1 1 and a plug contact 3.12, in this Case designed as a socket contact, that is provided with a contact socket.
  • the plug-in area 3.1 could be provided at this point in the same way with a pin contact, the plug contact 3.12 so be designed as a contact pin.
  • the high-current contact element 3 has a connection region 3.2, which is designed in this case in crimping. In a further embodiment, however, it may also be an axial screw connection.
  • the connection area 3.2 has for connection to the plug-in area a circular connection opening 3.0 in which the cylindrical connection section 3.1 1 of the plug-in area 3.1 is held positively and non-positively.
  • the stripped stranded conductor 5.0 of the high-current cable 5 is electrically conductively connected within the high-current connector 1 to the connection region 3.2 of the high-current contact element 3 for current transmission in the form of a crimping or an axial screw connection.
  • the insulating sleeve 4 has at its funnel-shaped fastening section 4.4 a gradation in the form of two elevations 4.1 1, 4.12. Between the two elevations 4.1 1, 4.12 an unspecified recess is formed. In this position, an unspecified, inside circumferential Befest Trentsanformung the connector housing 2 snaps into place and thus fixes the insulating sleeve 4 on the connector housing 2.
  • the anti-rotation 4.21, 422 are not visible in this illustration.
  • connection area 3.2 and the stranded conductor 5.0 on the one hand and the cable mesh 5.1 and the cable gland on the other side is extended by the insulating sleeve 4.
  • the shortest external electrical path through the air leads from the connection region 3.2 past the funnel-shaped attachment section 4.4 to a clear one Detour to cable mesh 5.1.
  • the direct air gap passes through the insulating sleeve and undergoes an effective electrical path extension through the plastic material according to the associated
  • Cable connection side is the insulating sleeve 4 is pushed with its hollow cylindrical section 4.3 on the strand insulation 5.3 and is at least partially disposed between the braid 5.1 and the strand insulation 5.3.
  • the cable mesh 5.1 is also off For clarity reasons shown relatively far away from the connection area 3.2. If the connector housing 2 is a plastic housing, then nevertheless the distance between the
  • Connection area 3.2 and the cable braid 5.1, bent back by 180 °, are relevant for clearances and creepage distances. If, however, it is an at least partially metallic connector housing 2, then this distance may still be relevant for the direct air gap, provided that the effective air gap between the high current contact element 3 and electrically conductive areas of the connector housing 2 is greater.

Landscapes

  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß weist ein Hochstromsteckverbinder (1) an seiner Anschlussseite (A) eine Isolierhülse (4) auf, welche zur Einhaltung der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zwischen spannungsführenden und masseführenden Teilen bei gleichzeitiger Ermöglichung eines kompakten Bauraums dient.

Description

Hochstromsteckverbinder mit Isolierhülse Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem Hochstromsteckverbinder nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 .
Steckverbinder werden grundsätzlich benötigt, um elektrische Leitungen oder Anschlüsse reversibel miteinander zu verbinden. Im Allgemeinen werden Steckverbinder und Gegensteckverbinder verwendet, um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitern oder einem elektrischen Leiter und einem Gerät oder einer
Installation herzustellen.
Insbesondere werden Hochstromsteckverbindern benötigt, um einen besonders hohen elektrischen Strom von z.B. mehr als einschließlich 100 Ampere (A), insbesondere mehr als einschließlich 200 A, bevorzugt mehr als einschließlich 400 A und insbesondere einen elektrischen Strom von mehr als einschließlich 600 A und in einigen Fällen möglicherweise sogar von bis zu 800 A und mehr über ein zum Hochstromsteckverbinder gehörenden Hochstromkontaktelement, z.B. über einen Stift- bzw. einen Buchsenkontakt, zu übertragen. Dabei können die
Hochstromsteckverbinder gegenüber ihrem Massepotential Spannungen führen, die mehrere tausend Volt (V) betragen, also z.B. mindestens 2000 V, insbesondere mindestens 3000 V, beispielsweise 4000 V und mehr, also z.B. bis zu 4800 V oder sogar mehr. Das Massepotential kann dabei zumindest an einer Kabelverschraubung des Hochstromsteckverbinders und insbesondere an einem zumindest teilweise metallischen
Steckverbindergehäuse zu Schirmungs- und/oder Erdungszwecken anliegen.
Die Stift- und/oder Buchsenkontakte der Hochstromsteckverbinder können einen Außen- bzw. Innendurchmesser von mehr als 1 cm, z.B. mindestens 1 ,5 cm, bevorzugt mindestens 2 cm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 cm oder in einigen Fällen gar von 3 cm und mehr besitzen. Die
elektrischen Leiter der Hochstromkabel, die an solche
Hochstromkontaktelemente angeschlossen werden, können
beispielsweise eine Querschnittsfläche von mindestens 70 mm2, insbesondere mindestens 95 mm2, bevorzugt mindestens 120 mm2, besonders bevorzugt 150 mm2, also beispielsweise 185 mm2 und mehr betragen. In der Regel handelt es sich dabei um Litzenleiter. Ein solcher Litzenleiter kann kabelanschlussseitig am jeweiligen Anschlussbereich eines Hochstromkontaktelements angeschlossen, beispielsweise an einem Crimpanschluss vercrimpt oder z.B. mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Axialschraubanschluss verschraubt werden, um so einen zuverlässigen und niederohmigen elektrischen Kontakt herzustellen.
Derartige Hochstromsteckverbinder werden beispielweise im Bahnbereich eingesetzt. Auch Anwendungen im Kraftwerken, Trafostationen,
Industrieanlagen und Hochstromverteilungen sind üblich.
Stand der Technik
Die DE 20 2006 003 204 U1 zeigt einen Steckverbinder, welcher als Stecker oder Anbaugehäuse ausgebildet ist. Der Steckverbinder besteht aus einem Steckverbindergehäuse, in welchem ein Isolierkörper mit elektrischen Kontakten aufgenommen ist. Die elektrischen Kontakte sind zum Anschluss von elektrischen Leitungen vorgesehen, welche auf der Rückseite des Steckverbinders aus dem Stecker oder Anbaugehäuse geführt werden.
Aus der DE 10 2010 014 982 A1 ist ein Steckverbinder zum elektrischen Verbinden eines Kabels bekannt. Der Steckverbinder weist ein
Steckverbindergehäuse auf, in dem ein mehrteiliges Schirmelement angeordnet ist. Das Schirmelement dient dabei dem elektrischen Kontaktieren eines Kabelschirms und dem elektrischen Verbinden des Kabelschirms mit dem Steckverbindergehäuse.
Die Druckschrift DE 10 2014 1 12 701 A1 beschreibt einen
Hochstromsteckkontakt, dessen Crimpbereich aus Aluminium und dessen Steckbereich aus Kupfer gebildet ist, um elektrische Probleme beim Anschluss eines Hochstrom-Aluminiumkabels an ein Hochstrom- Kupferkabel oder einen Hochstrom-Kupferkontakt im Bereich des
Materialübergangs zu verringern. In diesem Zusammenhang wird implizit auch eine Form und eine Funktion eines Hochstromsteckverbinders / eines Hochstromkontaktelements erläutert.
Im Stand der Technik besteht allgemein das Problem, dass in
Hochstromsteckverbindern, insbesondere aufgrund der von ihnen oft geführten, eingangs erwähnten hohen Spannungen von z.B. bis zu 4800 V und mehr, oft relativ große sogenannte„Luft- und Kriechstrecken" entstehen. Durch diese Luft- und Kriechstrecken kann es zwischen den spannungsführenden Teilen des Hochstromsteckverbinders und den eigentlich elektrisch davon getrennten, Massepotential aufweisenden Teilen des Hochstromsteckverbinders zu unerwünschten Kurzschlüssen kommen, indem ein sogenannter elektrischer„Kriechstrom" fließt und/oder indem es zu Spannungsdurchbrüchen wie Funkenüberschlägen kommt.
Die Ursache für diese Spannungsdurchbrüche / Funkenüberschläge und Kriechströme kann neben den besagt hohen elektrischen Spannungen u.a. im elektrischen Leitverhalten der Oberflächen von Isolatoren sowie der Luft gesehen werden, die sich zwischen diesen Teilen befinden. Die Grundproblematik derartiger Luft- und Kriechstrecken ist dem Fachmann der Hochstrom-/Hochspannungstechnik wohlbekannt. Die Folge für den Hochstromsteckverbinder ist üblicherweise, dass der Bauraum des Hochstromsteckverbinders ausreichend groß sein muss, um die notwendigen Luft- und Kriechstrecken einzuhalten und auf diese Weise die besagten Überschläge und Kriechströme zu vermeiden.
Nachteilig bei den bekannten Hochstromsteckverbindern ist der dadurch entstehende, große Platzbedarf. Dieser ist zwar einerseits zur Einhaltung ausreichend großer Luft- und Kriechstrecken notwendig. Andererseits widerspricht er aber dem allgemeinen Wunsch nach einer möglichst kompakten Bauform des Hochstromsteckverbinders. In der Praxis werden insbesondere oft Hochstromsteckverbinder gefordert, die in Steckrichtung eine möglichst geringe Höhe aufweisen.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: EP 1 925 060 B1 und DE 20 201 1 101 574 U1 .
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst kompakte
Bauform für einen Hochstromsteckverbinder anzugeben, durch welche gleichzeitig die notwendigen Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Hochstromsteckverbinder besitzt ein Steckverbindergehäuse und ein metallisches Hochstromkontaktelement. Der Hochstromsteckverbinder weist eine Steckseite und eine Anschlussseite auf. Das Hochstromkontaktelement ist im Inneren des Steckverbindergehäuses angeordnet. Das Hochstromkontaktelement besitzt einen Steckbereich und einen
Anschlussbereich, an den ein elektrischer Leiter, insbesondere ein Litzenleiter, eines elektrischen Hochstromkabels anschließbar ist. Das elektrische Hochstromkabel ist mittels einer Kabelbefestigung,
insbesondere einer Kabelverschraubung, an der Anschlussseite des Hochstromsteckverbinders befestigbar.
Der Hochstromsteckverbinder weist erfindungsgemäß eine an seiner Anschlussseite befestigte oder zumindest befestigbare Isolierhülse auf. Diese Isolierhülse zeichnet sich dadurch aus, dass sie an einem ersten Ende, nämlich kabelanschlussseitig, einen hohlzylindrischen Abschnitt besitzt. Zu einem gegenüberliegenden, nämlich
gehäuseanschlussseitigen, Ende hin, vergrößert sich der
Innendurchmesser der Isolierhülse, wodurch die Isolierhülse
gehäuseanschlussseitig ein trichterförmiger Befestigungsabschnitt besitzt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das im Folgenden beschriebene Hochstromkabel an den Hochstromsteckverbinder angeschlossen oder zumindest anschließbar.
Der stromführende elektrische Leiter des Hochstromkabels ist umgeben von einer Isolierung. Der elektrische Leiter besteht dabei bevorzugt aus Kabellitzen, so dass es sich bei ihm um einen Litzenleiter und bei der ihn umgebenden Isolierung um eine Litzenisolierung handelt, die im
Folgenden auch als solche bezeichnet wird.
Die Litzenisolierung des Hochstromkabels ist im Normalzustand umgeben von einem Schirmgeflecht, das seinerseits von einem Außenmantel ummantelt ist. Auch der Außenmantel ist bevorzugt aus einem
isolierenden Material gebildet oder weist zumindest eine isolierende äußere Schicht auf. Zum Anschließen an den Hochstromkontakt des Hochstromsteckverbinders kann das Hochstromkabel zunächst
gehäuseanschlussseitig„abgemantelt" werden, d.h. der Außenmantel wird am anzuschließenden Ende des Hochstromkabels entfernt. Das Schirmgeflecht wird daraufhin üblicherweise vom anzuschließenden Ende des Hochstromkabels um 180° weggebogen und kann in der Kabelbefestigung, insbesondere der Kabelverschraubung, zusammen mit dem weiteren Hochstromkabel am bevorzugt zumindest teilweise metallischen aber möglicherweise auch elektrisch isolierenden
Steckverbindergehäuse befestigt, z.B. verschraubt, und ggf. elektrisch leitend damit verbunden werden.
Das Anschlussseitige Ende des Hochstromkabels wird letztlich abisoliert, d.h. die Litzenisolierung wird am anschlussseitigen Ende entfernt, um ein Anschließen des Litzenleiters an das Hochstromkontaktelement zu ermöglichen.
Gehäuseanschlussseitig ist die Isolierhülse mit Ihrem trichterförmigen Befestigungsabschnitt an dem Steckverbindergehäuse anbringbar.
Bevorzugt kann die Isolierhülse dazu mit ihrem Befestigungsabschnitt in das Steckverbindergehäuse einfügbar sein. Dazu kann die Isolierhülse beispielsweise im Hochstromsteckverbinder einrasten. Alternativ oder ergänzend kann die Isolierhülse in eine Negativform der Isolierhülse eingelegt werden, welche im Inneren des Steckverbindergehäuse eingeformt ist. Weiterhin ist auch eine einteilige Ausführung von
Steckverbindergehäuse und Isolierhülse denkbar. Dann sind
Steckverbindergehäuse und Isolierhülse in einem gemeinsamen
Verfahren hergestellt. Eine weitere mögliche Ausgestaltung besteht in einem Aufrasten der Isolierhülse auf das Steckverbindergehäuse, bevorzugter Weise in Verbindung mit einer Gummi- und/ oder
Kunststoffabdichtung und/ oder einer Gummi- und/ oder
Kunststoffüberlappung. Kabelanschlussseitig ist die Isolierhülse mit ihrem hohlzylindrischen Abschnitt auf das Hochstromkabel, insbesondere auf seine
Litzenisolierung, aufschiebbar.
Die Isolierhülse liegt dann im abgemantelten Bereich des
Hochstromkabels mit ihrem hohlzylindrischen Abschnitt auf der
Litzenisolierung auf und kann zumindest Abschnittsweise zwischen dessen Schirmgeflecht und der Litzenisolierung angeordnet sein. Der Innendurchmesser des kabelanschlussseitigen, hohlzylindrischen
Abschnitts der Isolierhülse kann dazu dem Außendurchmesser der Litzenisolierung des Hochstromkabels entsprechen.
Das Hochstromkontaktelement ist dafür vorgesehen, hohe elektrische Ströme zu übertragen und kann dazu insbesondere auch besonders hohe elektrische Spannungen führen. Das Hochstromkontaktelement, insbesondere sein Anschlussbereich, ist somit ein spannungsführendes Bauteil des Hochstromsteckverbinders. Ein weiteres spannungführendes Teil ist der elektrische Leiter, insbesondere der Litzenleiter, des
Hochstromkabels.
Die Kabelbefestigung, insbesondere Kabelverschraubung, des
Hochstromsteckverbinders sowie gegebenenfalls das bevorzugt zumindest teilweise elektrisch leitfähige Steckverbindergehäuse können dagegen Massepotential führen. Ein weiteres Massepotential führendes Teil ist der Schirm, insbesondere das Schirmgeflecht des
Hochstromkabels.
Auch wenn das Steckverbindergehäuse nicht elektrisch leitend ist, also beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht, kann zumindest die Kabelbefestigung, insbesondere Kabelverschraubung, und der daran befestigte Schirm, z.B. das Schirmgeflecht des an den Hochstromsteckverbinder angeschlossenen elektrischen
Hochstromkabels, als masseführendes Teil angesehen werden.
Zur Beurteilung der Spannungsfestigkeit des Hochstromsteckverbinders sind demnach folgende Luft- und Kriechstrecken zwischen spannungs- und masseführenden Teilen / Bauteilen besonders zu beachten:
- Eine äußere Kriechstrecke
- eine innere Kriechstrecke
- eine äußere Luftstrecke, und
- eine direkte Luftstrecke.
Aus ökonomischen Gründen kann es vorteilhaft sein, die beiden
Kriechstrecken gleich groß auszugestalten. In Abhängigkeit von anderen konstruktiven Faktoren können auch die beiden Luftstrecken gleich groß ausgeführt sein. Beides hat den Grund, dass sich der elektrische Strom grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstands sucht, eine
Vergrößerung der jeweils ohnehin größeren Luft- oder Kriechstrecke aus Sicht der Spannungsfestigkeit also keinen besonderen Sinn ergibt.
Zur äußeren Kriechstrecke:
Die äußere Kriechstrecke verläuft von dem Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements über den Außenbereich der Isolierhülse zum Schirmgeflecht und/oder zur Kabelbefestigung, insbesondere
Kabelverschraubung, die auf Massepotential liegt, indem sie z.B. mit dem Schirmgeflecht des Hochstromkabels in elektrischem Kontakt steht.
Die äußere Kriechstrecke kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch die Form einer, am trichterförmigen Befestigungsabschnitt außenseitig angeformten, umlaufenden Abstufung vergrößert werden. Die Abstufung kann eine oder mehrere, also zwei, drei, vier, fünf oder sechs oder gar noch mehr Erhöhungen zur Verlängerung der äußeren Kriechstrecke besitzen.
Durch die besagte Abstufung erhöht sich schließlich die äußere
Oberfläche der Isolierhülse und damit auch die Wegstrecke, die ein Kriechstrom auf der äußeren Oberfläche des Isolierhülse gegebenenfalls zurücklegen muss, um z.B. vom Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements zur Kabelverschraubung / dem Schirmgeflecht zu gelangen. Vorteilhafterweise kann in einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest eine, bevorzugt zwei, der zur Abstufung gehörenden Erhöhungen zudem auch der Befestigung der Isolierhülse am Steckverbindergehäuse dienen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Abstufung also aus mindestens einer umlaufenden Erhöhung. Vorteilhafterweise weist die Abstufung mindestens zwei umlaufende Erhöhungen auf, nämlich eine erste Erhöhung und eine zweite Erhöhung. Bevorzugt ist dabei die erste Erhöhung, welche in Richtung der Kabelanschlussseite der Isolierhülse angeordnet ist, höher ausgeführt als die zweite Erhöhung, welche in Richtung der Geräteanschlussseite der Isolierhülse angeordnet ist.
Zwischen den beiden Erhöhungen existiert eine umlaufende Ausnehmung. Dadurch wird die äußere Kriechstrecke noch weiter verlängert.
Alternativ oder ergänzend kann die Abstufung auch aus einer
umlaufenden Vertiefung bestehen. In einer besonders bevorzugten
Ausgestaltung weist die Anschlussseite mindestens zwei, also zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr umlaufende Vertiefungen auf, um dadurch die äußere Kriechstrecke des Stroms noch weiter zu erhöhen und gleichzeitig die kompakte Bauform des Steckverbindergehäuses zumindest zu bewahren oder gar noch verkleinern zu können. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich um zwei Vertiefungen. Insbesondere ist dabei diejenige Vertiefung, welche eher in Richtung der Steckseite der Isolierhülse angeordnet ist, tiefer ausgeführt als die Vertiefung, welche eher in Richtung der Anschlussseite der Isolierhülse angeordnet ist.
Weiterhin kann auch die mindestens eine Vertiefung der Befestigung der Isolierhülse am Steckverbindergehäuse dienen.
Zur inneren Kriechstrecke:
Die innere Kriechstrecke verläuft innerhalb der Isolierhülse vom
Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements durch den
hohlzylindrischen Abschnitt der Isolierhülse zum Schirmgeflecht des Hochstromkabels und wird somit im Wesentlichen durch die Länge des hohlzylindrischen Abschnitts beeinflusst. Eine Vergrößerung der Länge des hohlzylindrischen Abschnitts erhöht also die Länge der inneren Kriechstrecke, ohne sich dabei auf die geometrische Größe des
Hochstromsteckverbinders, insbesondere seines Steckverbindergehäuses, auszuwirken.
Zur äußeren Luftstrecke:
Die Trichterform des Befestigungsabschnitts der Isolierhülse kann der Verlängerung der äußeren Luftstrecke dienen, indem sie, mit einfachen Worten gesagt, die Luftstrecke auf einem Umweg um den
Befestigungsabschnitt herumführt.
Die äußere Luftstrecke kann also durch die Form des trichterförmigen Befestigungsabschnitts vergrößert werden. Dies kann - je nach konkreter Bauform - insbesondere durch Verwendung eines zumindest teilweise aus Kunststoff bestehenden Steckverbindergehäuses - unterstützt werden.
Zur direkten Luftstrecke: Die direkte Luftstrecke verläuft entlang einer geradlinigen Verbindungslinie vom Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements zur
Kabelverschraubung / dem Schirmgeflecht und durchquert dabei das Material der Isolierhülse.
Durch die Materialstärke in einem relevanten Bereich der Isolierhülse kann somit auch die direkte Luftstrecke zwischen dem Anschlussbereich und der Kabelverschraubung vergrößert werden. Ein direkter Durchschlag von dem Anschlussbereich zur Kabelverschraubung kann dadurch verhindert werden. Der relevante Bereich der Isolierhülse liegt dabei auf der direkten Verbindungslinie, die vom Anschlussbereich des
Hochstromkontaktelements zur Kabelverschraubung führt.
Dabei handelt es sich genau genommen nicht ausschließlich um eine reine Luftstrecke, da deren effektive elektrische Länge nicht nur durch die Luft bestimmt wird, sondern auch durch das Kunststoffmaterial, insbesondere seiner Dielektrizitätskonstanten, und seiner Materialstärke im relevanten Bereich der Isolierhülse. Durch das Kunststoffmaterial wird die effektive elektrische Länge der direkten Luftstrecke vergrößert. Der Einheitlichkeit wegen soll aber der Begriff„direkte Luftstrecke" im
Folgenden weiterverwendet werden.
Die direkte Luftstecke kann von besonderer Bedeutung sein, wenn das Steckverbindergehäuse zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. Kunststoff, besteht. Weiterhin kann sie aber auch für metallische Steckverbindergehäuse von Bedeutung sein, wenn die Kabelbefestigung oder das Schirmgeflecht bedingt durch die Bauart des Hochlaststeckverbinders näher an dem Anschlussbereich angeordnet sind, als das Hochstromkontaktelement an irgendeinem geerdeten, metallischen Bereich des Steckverbindergehäuses. Schließlich kann das Steckverbindergehäuse, z.B. zu
Schirmungszwecken, zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. aus Metall, insbesondere Aluminium, gebildet sein.
Insbesondere kann das Steckverbindergehäuse auch teilweise aus Metall und teilweise aus Kunststoff gebildet sein. In einer bevorzugten
Ausgestaltung kann das Gehäuse außen aus Metall, z.B. Aluminium, gebildet sein und innen eine Kunststoffbeschichtung oder eine innere Kunststoffverkleidung o.ä. aufweisen. Der Kunststoff dient dabei in der Regel dazu, eine direkte elektrische Verbindung des
Steckverbindergehäuses mit stromführenden Elementen des
Hochstromsteckverbinders sicher auszuschließen. Um gegen
Luftstrecken, also Durchschläge o.ä. ausreichend wirksam zu sein, müsste das Kunststoffmaterial gegebenenfalls zusätzlich eine ausreichende Stärke besitzen.
Wenn, wie oben erwähnt, die Kabelbefestigung / Kabelverschraubung / das Schirmgeflecht bauartbedingt besonders nahe am Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements angeordnet ist, dann ist die direkte Luftstrecke zunächst kürzer als der Weg von Hochstromkontaktelement zum ggf. elektrisch leitfähigen und geerdeten Steckverbindergehäuse. In diesem Fall ist die Materialstärke der Isolierhülse im relevanten Bereich von besonderer Bedeutung, und die Isolierhülse vergrößert so auch in diesem Fall die direkte Luftstrecke. Anderenfalls könnten zunächst Maßnahmen getroffen werden, um die Luftstrecke zwischen dem
Hochstromkontaktelement und dem Steckverbindergehäuse zu
vergrößern.
Um die Kompaktheit der Bauform insbesondere in Steckrichtung zu unterstützen, handelt es sich bei dem Steckverbindergehäuse bevorzugt um ein gewinkeltes Steckverbindergehäuse. Dies bedeutet, dass die Steckseite und die Anschlussseite in einem Winkel, insbesondere einem rechten Winkel, zueinander angeordnet sind. Zur platzsparenden Realisierung kann das Hochstromkontaktelement zweiteilig ausgeführt sein und kann dadurch einen rechtwinkligen Verbindungsbereich ermöglichen, der gegenüber einem gekrümmten Bereich den besonderen Vorteil einer besonders großen Platzersparnis liefert.
Das bevorzugt metallische Hochstromkontaktelement besteht somit aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil, die in dem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind. Der erste Teil besitzt einen Steckbereich, der einen Kontaktstift- oder eine Kontaktbuchse aufweisen kann. Das zweite Teil ist gebildet aus einem Anschlussbereich, der insbesondere eine Crimp- oder Axialschraubanschluss aufweist. Eines der beiden Teile, bevorzugt das zweite Teil, kann eine Verbindungsöffnung zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem anderen, bevorzugt dem ersten, Teil besitzen. Das jeweils andere der beiden Teile, bevorzugt das erste Teil, besitzt einen Verbindungsabschnitt, der mit der Verbindungsöffnung des zweiten Teils mechanisch und elektrisch verbindend zusammenwirkt und bevorzugt form - und kraftschlüssig darin aufnehmbar ist.
Zur besagten Platzersparnis wird also die besagte rechtwinklige
Verbindung dieser beiden Teile angestrebt. Die kann in einer weniger bevorzugten Ausgestaltung durch eine Verschraubung und/oder in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung durch ein sogenanntes
„Aufschrumpfen" erfolgen.
Zur Verschraubung kann der Verbindungsabschnitt ein Außengewinde und der Verbindungsöffnung ein dazu passendes Innengewinde besitzen, so dass der Verbindungsabschnitt in die Verbindungsöffnung
eingeschraubt werden kann.
In der besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die elektrische und mechanische Verbindung der beiden Teile jedoch durch das besagte Aufschrumpfen, also durch eine Aufschrumpfverbindung, hergestellt. Die Technik des Aufschrumpfens besteht dabei darin, dass dasjenige Teil, welches die Verbindungsöffnung besitzt, bevorzugt handelt es sich dabei um das zweite Teil, erhitzt wird, wodurch sich die Verbindungsöffnung ausdehnt. Das andere Teil, bevorzugt handelt es sich dabei um das erste Teil, wird dann, z.B. mit seinem Verbindungsabschnitt, in die
Verbindungsöffnung eingeführt. Idealerweise können die
Verbindungsöffnung und der Verbindungsabschnitt einen kreisrunden Querschnitt aufweisen um formschlüssig ineinanderzugreifen, sodass die Gefahr eines Verkantens nicht existiert.
Daraufhin wird die Verbindungsöffnung durch Abkühlung wieder verkleinert (eingeschrumpft), so dass die Verbindungsöffnung den
Verbindungsabschnitt form- und kraftschlüssig umschließt. Somit ist der gewinkelte Kontakt - gegenüber einem im Biegeverfahren hergestellten Kontakt mit entsprechendem Biegeradius - rechtwinklig herstellbar, wodurch der Platzbedarf des Hochstromsteckverbinders sich,
insbesondere auch in Steckrichtung, reduziert. Die Halte- und Kontaktkraft dieser Verbindung kann - je nach Materialstärke und
Materialbeschaffenheit - auf diese Weise besonders groß und stabil sein.
Die besagte Kabelbefestigung, insbesondere Kabelverschraubung, welche das Hochstromkabel am Steckverbindergehäuse hält, dient
selbstverständlich primär der Zugentlastung, also dazu, die Verbindung des Litzenleiters mit dem Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements von mechanischer Belastung in Form von Zugkräften zu entlasten.
Weiterhin dient die Kabelbefestigung, insbesondere Kabelverschraubung ggf. aber auch der Schirmanbindung an ein, zumindest teilweise metallisches Steckverbindergehäuse. Zur Schutzerdung dagegen kann üblicherweise ein zusätzlicher Schutzerdungskontakt („Protection Earth- Kontakt" /„PE-Kontakt") vorgesehen sein, der hier aber nicht näher beschrieben wird.
Kabelverschraubungen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 103 1 1 473 B3 eine Kabelverschraubung, bei welcher die Zugentlastung kombiniert mit der Abdichtung ist. Die Kabelbefestigung wird auf der Anschlussseite des Hochstromsteckverbinders montiert und befestigt das Hochstromkabel am Steckverbindergehäuse. Zusätzlich kann die Kabelbefestigung, insbesondere Kabelverschraubung, für eine Masseanbindung des Schirmgeflechts an den Hochstromsteckverbinder, insbesondere sein Steckverbindergehäuse, sorgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Isolierhülse eine Verdrehsicherung auf. Bei der Verdrehsicherung kann es sich um eine Anfasung oder eine Ausnehmung oder eine Anformung auf der
Anschlussseite der Isolierhülse handeln. Diese verschiedenen Varianten der Verdrehsicherung verrasten oder verhaken mit dem
Steckverbindergehäuse oder fügen sich entsprechend ein. So wird ein Verdrehen der Isolierhülse in dem Steckverbindergehäuse verhindert.
Durch die erfindungsgemäße Isolierhülse sind somit ausreichend große Luft- und Kriechstrecken gewährleistet. Gleichzeitig ist auch der gesamte Hochstromsteckverbinder entsprechend kompakt, d.h. platzsparend ausgebildet und weist insbesondere auch in Steckrichtung eine
vergleichsweise geringe Höhe auf. Weiterhin besitzt die Isolierhülse eine einfach und damit preisgünstig herzustellende Bauform.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Isolierhülse;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines
Hochstromsteckverbinders mit der Isolierhülse und einem angeschlossenen Hochstromkabel;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Hochstromsteckverbinders mit der
Isolierhülse und dem Hochstromkabel.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische
Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.
Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Isolierhülse 4. In dieser Darstellung ist rechts hinten die
Kabelanschlussseite K der Isolierhülse 4 gezeigt. Im Bereich ihres kabelanschlussseitigen Endes besitzt die Isolierhülse 4 einen
zylinderförmigen Abschnitt 4.3.
Gegenüberliegend ist in dieser Darstellung links vorne die
Gehäuseanschlussseite G der Isolierhülse 4 dargestellt. Im Bereich ihres gehäuseanschlussseitigen Endes besitzt die Isolierhülse 4 einen
Innenradius, der sich zum gehäuseanschlussseitigen Ende hin vergrößert.
An einem Außenbereich eines dadurch gebildeten trichterförmigen
Befestigungsabschnitts 4.4 sind ist eine Abstufung angeformt. Die
Abstufung ist in diesem Beispiel aus einer ersten Erhöhung 4.1 1 und einer zweiten Erhöhung 4.12 gebildet und dient dazu, eine äußere
Kriechstrecke entlang der Oberfläche der Isolierhülse 4 zu vergrößern.
Dabei ist die erste Erhöhung 4.1 1 gegenüber der zweiten Erhöhung 4.12 eher in Richtung der Kabelanschlussseite K der Isolierhülse 4 angeordnet. Die erste Erhöhung 4.1 1 ist höher ausgeführt als die zweite Erhöhung 4.12, welche vergleichsweise eher in Richtung der Gehäuseanschlussseite G der Isolierhülse 4 angeordnet ist. Die beiden Erhöhungen 4.1 1 , 4.12 können zudem der Befestigung der Isolierhülse 4 am Steckverbindergehäuse 2 dienen.
Weiterhin weist die Isolierhülse 4 an ihrer Gehäuseanschlussseite G eine erste Verdrehsicherung 4.21 und eine zweite Verdrehsicherung 4.22 auf. Bei der ersten Verdrehsicherung 4.21 handelt es sich um eine Anformung an die erste Erhöhung 4.1 1 , wobei die Anformung 4.21 in Richtung der Gehäuseanschlussseite G weist und somit zwischen den beiden
Erhöhungen 4.1 1 , 4.12 angeordnet ist. Bei der zweiten Verdrehsicherung 4.22 handelt es sich um eine Ausnehmung mit einer Anfasung, die am gehäuseanschlussseitigen Ende der Isolierhülse angeordnet ist und sowohl eine Innen- als auch eine Außenkontur besitzt. In diesem Beispiel sind somit zumindest zwei Arten von Verdrehsicherungen 4.21 , 4.22 gezeigt, jedoch ist auch die Verwendung von z.B. nur der ersten
Verdrehsicherung 4.21 oder nur der zweiten Verdrehsicherung 4.22 möglich.
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Hochstromsteckverbinders 1 . Der Hochstromsteckverbinder 1 weist eine Steckseite S und eine Anschlussseite A auf. Die Steckseite S und die Anschlussseite A sind in einem rechten Winkel zueinander angeordnet.
Der Hochstromsteckverbinder 1 weist somit ein gewinkeltes
Steckverbindergehäuse 2 auf. Im Steckverbindergehäuse 2 ist ein
Hochstromkontaktelement 3 aufgenommen, welches in dieser Darstellung durch das Steckverbindergehäuse 2 verdeckt und daher nicht sichtbar ist. Das Hochstromkontaktelement 3 ist jedoch in der Fig.3 gut zu sehen. Anschlussseitig A ist am Steckverbindergehäuse 2 die Isolierhülse 4 angebracht, wobei in dieser Darstellung nur der hohlzylindrische Abschnitt 4.3 sowie die erste Erhöhung 4.1 1 der Isolierhülse 4 zu sehen ist.
Durch die Isolierhülse 4 ist ein Hochstromkabel 5 mit seinem
abgemantelten Ende geführt. Im abisolierten Bereich ist die Isolierhülse 4 mit ihrem hohlzylindrischen Abschnitt 4.3 unter ein Schirmgeflecht 5.1 des Hochstromkabels 5 geschoben. Das Schirmgeflecht 5.1 ist im
Anschlussbereich um 180° zurückgebogen. Das Hochstromkabel 5 kann in diesem Bereich zur Zugentlastung und ggf. zur Masseanbindung mittels einer nicht in der Zeichnung dargestellten Kabelbefestigung, nämlich einer Kabelverschraubung, am Steckverbindergehäuse 2 befestigt werden.
Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der vorangegangenen Anordnung.
In dieser Darstellung ist das Hochstromkabel 5 im Querschnitt sehr gut zu sehen. Im Inneren besitzt es einen elektrischen Leiter in Form eines Litzenleiters 5.0. Darüber befindet sich die Litzenisolierung 5.3, die anschlussseitig entfernt ist, d.h. anschlussseitig ist das Hochstromkabel 5 abisoliert. Auf der Litzenisolierung befindet sich üblicherweise der Schirm in Form eines Schirmgeflechts 5.1 . Darüber befindet sich der Mantel 5.2. des Hochstromkabels 5. Das Hochstromkabel 5 ist anschlussseitig teilweise abgemantelt. Der abgemantelte Bereich ist größer als der abisolierte Bereich. In dem dadurch gebildeten Zwischenbereich liegt das Schirmgeflecht in einem Teilabschnitt frei und kann um 180° vom
Anschlussbereich weggebogen werden, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
In dieser Schnittdarstellung ist weiterhin das zweiteilige
Hochstromkontaktelement 3 des Hochstromsteckverbinders 1 gut zu sehen.
Zum Hochstromkontaktelement 3 gehört ein Steckbereich 3.1 mit einem Verbindungsabschnitt 3.1 1 und einem Steckkontakt 3.12, der in diesem Fall als Buchsenkontakt ausgeführt, also mit einer Kontaktbuchse versehen ist. In einer anderen Ausführung könnte der Steckbereich 3.1 an dieser Stelle in gleicher weise mit einem Stiftkontakt versehen, der Steckkontakt 3.12 also als Kontaktstift ausgeführt sein.
Weiterhin besitzt das Hochstromkontaktelement 3 einen Anschlussbereich 3.2, der in diesem Fall in Crimptechnik ausgeführt ist. Es kann sich in einer weiteren Ausführung aber auch um einen Axialschraubanschluss handeln. Der Anschlussbereich 3.2 besitzt zur Verbindung mit dem Steckbereich eine kreisrunde Verbindungsöffnung 3.0, in welcher der zylinderförmige Verbindungsabschnitt 3.1 1 des Steckbereichs 3.1 form- und kraftschlüssig gehalten ist. Der abisolierten Litzenleiter 5.0 des Hochstromkabels 5 ist innerhalb des Hochstromsteckverbinders 1 mit dem Anschlussbereich 3.2 des Hochstromkontaktelements 3 elektrisch zur Stromübertragung in Form einer Vercrimpung oder einer Axialverschraubung elektrisch leitend verbunden.
Wie bereits zu der Fig. 1 erläutert, weist die Isolierhülse 4 an ihrem trichterfömigen Befestigungsabschnitt 4.4 eine Abstufung in Form von zwei Erhöhungen 4.1 1 , 4.12 auf. Zwischen die beiden Erhöhungen 4.1 1 , 4.12 ist eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung gebildet. In diese Ausehmung rastet eine nicht näher bezeichnete, innenseitig umlaufende Befestigungsanformung des Steckverbindergehäuses 2 ein und fixiert so die Isolierhülse 4 am Steckverbindergehäuse 2. Die Verdrehsicherungen 4.21 , 422 sind in dieser Darstellung nicht erkennbar.
Es ist leicht vorstellbar, dass die Luft- und Kriechstrecken zwischen dem Anschlussbereich 3.2 und dem Litzenleiter 5.0 auf der einen Seite und dem Kabelgeflecht 5.1 und der Kabelverschraubung auf der anderen Seite durch die Isolierhülse 4 verlängert wird. Schließlich führt der kürzeste äußere elektrische Weg durch die Luft vom Anschlussbereich 3.2 an dem trichterförmigen Befestigungsabschnitt 4.4 vorbei auf einem deutlichen Umweg zum Kabelgeflecht 5.1 . Die direkte Luftstrecke durchläuft die Isolierhülse und erfährt eine effektive elektrische Wegverlängerung durch deren Kunststoffmaterial entsprechend der dazugehörigen
Dielektrizitätskonstanten.
Auch vergrößert sich die äußere Kriechstrecke, welche die Abstufung in Form der beiden Erhöhungen 4.1 1 und 4.12 durchlaufen muss, also einen wesentlich größeren Weg zurücklegt, um vom Anschlussbereich 3.2 zum Kabelgeflecht 5.1 zu gelangen.
Kabelanschlussseitig ist die Isolierhülse 4 ist mit ihrem hohlzylindrischen Abschnitt 4.3 auf die Litzenisolierung 5.3 geschoben und ist zumindest bereichsweise zwischen dem Schirmgeflecht 5.1 und der Litzenisolierung 5.3 angeordnet. Dadurch wird auch die innere Kriechstrecke zwischen dem abisolierten Litzenleiter 5.0 und dem Schirmgeflecht 5.1 des
Hochstromkabels 5 vergrößert. Schließlich kann der Kriechstrom nicht direkt vom Anschlussbereich des Hochstromkontaktelements 3 zum Schirmgeflecht fließen, sondern er muss erst die zylinderförmige
Anformung 4.3 vollständig durchlaufen.
Es ist gut erkennbar, dass die äußere und die innere Kriechstrecke etwa gleich lang sind. Dies ist sinnvoll, da der Kriechstrom sich ohnehin den kürzesten Weg suchen würde.
Ähnliches gilt grundsätzlich auch für die innere und die (effektive) direkte Luftstrecke, wobei die Materialstärke der Isolierhülse 4 im relevanten Bereich auch aus Stabilitätsgründen etwas stärker ausgeführt sein kann. Allerdings kann dies nicht so leicht anhand der Zeichnung nachvollzogen werden, da die Länge der effektiven direkten Luftstrecke nicht mit deren geometrischer Länge übereinstimmt.
In der vorliegenden Ausführung ist das Kabelgeflecht 5.1 auch aus Übersichtlichkeitsgründen relativ weit vom Anschlussbereich 3.2 entfernt dargestellt. Handelt es sich bei dem Steckverbindergehäuse 2 um ein Kunststoffgehäuse, dann ist trotzdem der Abstand zwischen dem
Anschlussbereich 3.2 und dem um 180° zurückgebogenen Kabelgeflecht 5.1 für die Luft- und Kriechstrecken relevant. Handelt es sich dagegen um ein zumindest teilweise metallisches Steckverbindergehäuse 2, dann kann dieser Abstand trotzdem auch für die direkte Luftstrecke relevant sein, sofern die effektive Luftstrecke zwischen dem Hochstromkontaktelement 3 und elektrisch leitfähigen Bereichen des Steckverbindergehäuses 2 größer ist.
Somit wird durch die erfindungsgemäße Isolierhülse 4 eine kompakte Bauform des Hochstromteckverbinders 1 ermöglicht. Schließlich müsste ein vergleichbarer Hochstromsteckverbinder ohne diese Isolierhülse 4 zum Erreichen entsprechend großer Luft- und Kriechstrecken wesentlich größere Abmessungen aufweisen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass durch die Isolierhülse 4 die Abmessungen des Steckverbinders 1 besonders kompakt sind.
Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden. Hochstromsteckverbinder mit einer Isolierhülse
Bezugszeichenliste
1 Hochstromsteckverbinder
2 Steckverbindergehäuse
3 Hochstromkontaktelement
3.0 Verbindungsöffnung
3.1 Steckbereich
3.1 1 Verbindungsabschnitt
3.12 Steckkontakt
3.2 Anschlussbereich
4 Isolierhülse
4.1 1 erste Erhöhung
4.12 zweite Erhöhung
4.21 erste Verdrehsicherung
4.22 zweite Verdrehsicherung
4.3 hohlzylindrischer Abschnitt
4.4 Befestigungsabschnitt
5 Hochstromkabel
5.0 Litzenleiter
5.1 Schirmgeflecht
5.2 Mantel
5.3 Litzenisolierung
K Kabelanschlussseite der Isolierhülse
G Gehäuseanschlussseite der Isolierhülse
S Steckseite des Hochstromsteckverbinders
A Anschlussseite des Hochstromsteckverbinders

Claims

Hochstromsteckverbinder mit einer Isolierhülse Ansprüche
1 . Hochstromsteckverbinder (1 ), aufweisend ein
Steckverbindergehäuse (2) und ein Hochstromkontaktelement (3), wobei der Hochstromsteckverbinder (1 ) eine Steckseite (S) und eine Anschlussseite (A) aufweist,
wobei das Hochstromkontaktelement (3) im Inneren des
Steckverbindergehäuses (2) angeordnet ist,
wobei das Hochstromkontaktelement (3) einen Steckbereich (3.1 ) und einen Anschlussbereich (3.2) besitzt,
wobei an den Anschlussbereich (3.2) ein elektrischer Leiter (5.0) eines Hochstromkabels (5) anschließbar ist,
wobei das Hochstromkabel (5) mittels einer Kabelbefestigung an der Anschlussseite (A) des Hochstromsteckverbinders (1 ) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hochstromsteckverbinder (1 ) eine an seiner Anschlussseite befestigte oder zumindest befestigbare Isolierhülse (4) mit einem kabelanschlussseitigen hohlzylindrischen Abschnitt (4.3) und einem gehäuseanschlussseitigen trichterförmigen
Befestigungsabschnitt (4.4) zur Einhaltung vorgegebener Luft- und
Kriechstrecken aufweist.
2. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass an einer Außenseite des
Befestigungsabschnitts (4.4) eine umlaufende Abstufung (4.1 1 , 4.12) angeformt ist.
3. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Abstufung aus mindestens einer umlaufenden Erhöhung (4.1 1 , 4.12) besteht.
4. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Abstufung (4.1 ) aus mindestens einer umlaufenden Vertiefung besteht.
5. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei der hohlzylindrische Abschnitt (4.3) der Isolierhülse (4) zumindest bereichsweise zwischen einer
Litzenisolierung (5.3) und einem Schirmgeflecht (5.1 ) des
Hochstromkabels (5) einbringbar ist.
6. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelbefestigung als Kabelverschraubung ausgeführt ist.
7. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülse (4) mindestens eine Verdrehsicherung (4.21 , 4.22) aufweist.
8. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülse (4) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, besteht.
9. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hochstromsteckverbinder (1 ) gewinkelt ausgeführt ist.
10. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Hochstromkontaktelement (3) zweiteilig ausgeführt ist.
1 1 . Hochstromsteckverbinder (1 ) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Hochstromkontaktelement (3) aus einem Steckbereich (3.1 ) und einem Anschlussbereich (3.2) gebildet ist, die beide aus Metall bestehen.
12. Hochstromsteckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis
1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (3.1 ) und der Anschlussbereich (3.2) durch eine Schraubverbindung oder durch eine Aufschrumpfverbindung elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.
13. Hochstromsteckverbinder (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (3.1 ) und der Anschlussbereich (3.2) rechtwinklig miteinander verbunden sind.
14. Hochstromsteckverbinder (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steckverbindergehäuse (2) zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet ist.
15. Hochstromsteckverbinder (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steckverbindergehäuse (2) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material besteht.
16. Hochstromsteckverbinder (1 ) gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindergehäuse (2) zumindest teilweise aus Metall besteht.
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