DE102016112434A1

DE102016112434A1 - Elektrischer Hochleistungskontakt

Info

Publication number: DE102016112434A1
Application number: DE102016112434.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Müller
Original assignee: Leukert GmbH
Current assignee: Leukert GmbH
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-11
Also published as: ES2821918T3; US10424854B2; MX2018016111A; ES2664883T6; CN109478734A; US20190229444A1; MX387274B; EP3482460B1; EP3482460A1; WO2018007129A1; CN109478734B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1), aufweisend eine Kontaktstiftaufnahme (2) und wenigstens einen elektrischen Anschluss (3), wobei die Kontaktstiftaufnahme (2) einteilig aus zwei beabstandet übereinander angeordneten und zueinander beweglichen Teilkontakten (4, 5) gebildet ist, wobei jeder Teilkontakt (4, 5) eine Öffnung (6, 7) mit in die Öffnung (6, 7) hineinragenden Kontaktarmen (8, 9) aufweist, wobei die beiden Öffnungen (6, 7) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Kontaktarme (8, 9) einer Öffnung (6, 7) auf die Kontaktarme (8, 9) der anderen Öffnung einander kämmend zugebogen ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Hochleistungskontakt. Im Bereich der Leistungskontaktierung von insbesondere miteinander verbundenen Leiterplatten oder Leiterplattenstapeln oder Stromschienen oder anderen, höhere Ströme führenden Bauteilen treten oftmals Ströme von mehr als 100 A bis hin zu 600 A oder mehr auf, wobei derartige Leiterplatten oder Stromschienen beispielsweise im Bereich der Elektromotoren, Batterien, Akkumulatoren oder allgemein im Bereich der Verbindung von Leistungsabnehmern und Quellen elektrischer Energie eingesetzt werden. Gerade im Bereich der Elektromobilität werden sehr hohe Ladeströme benötigt und erfordern entsprechend dimensionierte und alltagstaugliche Leistungskontakte.
Die bekannten Vorrichtungen zur Leistungskontaktierung von insbesondere Leiterplatten oder Leiterplattenstapeln zwischen beispielsweise Akkumulatoren und Leistungsabnehmern weisen regelmäßig die Leiterplatten im Betriebszustand durchsetzende Kontaktstifte auf, wobei die Kontaktstifte jeweils in einer Aufnahme der Leiterplatte geführt sind. Diese Aufnahme ist oftmals mit einem federnden Ring oder allgemeiner mit federnden Kontakten zum dauerhaften sicheren Kontaktieren des Kontaktstiftes versehen. Derartige Kontaktstifte sind üblicherweise aus Metall und im Querschnitt rund ausgebildet.
In Bauteilen, in denen sich die Leiterplatten oder Leiterplattenstapel im Betriebszustand relativ zueinander bewegen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Erwärmung, kann die sichere Kontaktierung von Kontaktstift zu Bauteil nicht mehr für jeden Betriebszustand sichergestellt werden. Beispielsweise können sich die Leiterplatten so verschieben, dass die Federkontakte der Aufnahmen nicht mehr vollumfänglich am Kontaktstift anliegen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Leistungskontakt anzugeben, der auch bei relativer Bewegung der kontaktierten Bauteile zu dem Kontaktstift eine hochwertige Kontaktierung dauerhaft sicherstellt und der auch bei geringen Baumaßen eine sichere Weiterleitung hoher Ströme erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Leistungskontaktierung dadurch gelöst, dass sie eine Kontaktstiftaufnahme und wenigstens einen elektrischen Anschluss aufweist, wobei die Kontaktstiftaufnahme einteilig aus zwei beabstandet übereinander angeordneten und zueinander beweglichen Teilkontakten gebildet ist, wobei jeder Teilkontakt eine Öffnung mit in die Öffnung hineinragenden Kontaktarmen aufweist, wobei die beiden Öffnungen koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Kontaktarme einer Öffnung auf die Kontaktarme der anderen Öffnung einander kämmend zugebogen ausgebildet sind. Die durch thermische oder mechanische Belastung ausgelöste Bewegung eines Kontaktstiftes beispielsweise einer Batterie in Bezug zur erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit großem Vorteil durch die zueinander beweglichen Teilkontakte ausgeglichen, die, entlang des Kontaktstiftes gesehen, darüber hinaus auch axiale zueinander beabstandet sind, so dass sie einen größeren Bereich des Kontaktstiftes kontaktieren. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen, kämmend aufeinander zu gebogenen Arme steht stets eine ausreichende Fläche für den Elektronenübertritt zur Verfügung. Die Einteiligkeit der beiden Teilkontakte stellt zum einen eine sichere mechanische Verbindung zwischen den beiden Teilkontakten her, zum anderen ermöglich sie eine kostengünstige Fertigung der Vorrichtung, da Montageschritte entfallen können.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnungen rund oder eckig ausgebildet sind. Hierbei ist eine runde Öffnung bevorzugt, da die überwiegende Mehrzahl an Kontaktstiften zylindrisch ausgebildet ist und daher eine runde Öffnung am besten zur Kontaktierung geeignet ist. Da es jedoch auch eckige Kontaktstifte gibt, insbesondere solche mit quadratischem oder sechs- oder achteckigem Querschnitt, sind auch entsprechend geformte Öffnungen in den Teilkontakten erfindungsgemäß.
Die Erfindung schlägt mit großem Vorteil vor, dass die Kontaktarme ausgehend von einem Öffnungsrand zunächst einen radial verlaufenden Abschnitt gefolgt von einem axial verlaufenden Abschnitt aufweisen und insbesondere in letzterem eine Bombierung und/oder Prägung aufweisen. Grundsätzlich wäre auch der innere Rand der Öffnung ausreichend für eine Kontaktierung des Kontaktstiftes, jedoch sind derart verlaufende Arme besonders geeignet, eine Federkraft aufzubringen und somit unter einer gewissen Kraft an der Wandung des Kontaktstiftes anzuliegen, bzw. angepresst zu sein. Hierdurch wird eine sichere Kontaktierung ermöglicht, auch dann, wenn der Kontaktstift aufgrund von mechanischen oder thermischen Einflüssen die Öffnung des Teilkontakts schief durchsetzt.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Teilkontakte mittels mindestens einer weiteren Verbindungsvorrichtung aneinander verbunden ausgebildet sind, vorzugsweise mittels zweier Verbindungsvorrichtungen, insbesondere zweier gleichartig ausgebildeter Verbindungsvorrichtungen. Hierdurch wird zwar die relative Bewegung der beiden Teilkontakte zueinander erschwert, jedoch gewinnt die Vorrichtung insgesamt an Stabilität ohne dabei in der Beweglichkeit zu sehr eingeschränkt zu werden.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, wonach der elektrische Anschluss einteilig mit der Kontaktstiftaufnahme ausgebildet ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Hochleistungskontakt mit großem Vorteil aus einem einzigen Teil gefertigt werden, insbesondere aus einem kontinuierlichen verarbeiteten Metallband gestanzt und gebogen werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Anschluss ein mit der Kontaktstiftaufnahme verbindbares Bauteil ist und hierzu einen Verbindungsabschnitt aufweist. Diese alternative Ausgestaltung ist zwar fertigungstechnisch aufwendiger herzustellen und erfordert das Vorsehen von Verbindungsabschnitten am elektrischen Kontakt und der Kontaktstiftaufnahme, bietet jedoch den großen Vorteil, beide Teile der Erfindung individuell an den jeweiligen zu kontaktierenden Körper angepasst zu konstruieren.
Weist der elektrische Anschluss ein Anschlussende auf, ausgebildet insbesondere als Schwert, Kontaktknopf, Crimp, Lötende, Niet, so kann der elektrische Anschluss maßgeschneidert auf seinen Einsatzzweck entworfen werden, ohne dass die Kontaktstiftaufnahme geändert werden müsste.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbindungsbereich des elektrischen Anschlusses dreizackförmig ausgebildet ist, wobei die beiden äußeren Arme des Dreizack fluchtend beabstandet über und unter den mittleren Arm umgebogen ausgebildet sind. Durch diese mehrlagige Ausgestaltung kann ein sehr großer Teil der Oberfläche des elektrischen Kontaktes zur Stromleitung verwendet werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist sodann vorgesehen, dass der Abstand von oberem zu mittlerem und unterem zu mittlerem Arm zu einer Materialstärke des Kontaktelements korrespondiert und dass die Dicke des mittleren Armes zu einem Abstand der beiden Teilkontakte zueinander korrespondiert. Dies stellt mit großem Vorteil eine besonders sichere und haltbare Verbindung zwischen den beiden Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Leistungskontaktierung dar.
Schließlich ist erfindungsgemäß noch vorgesehen, dass die jeweiligen Verbindungsflächen von Teilkontakt und elektrischem Anschluss korrespondierende Rasterungen aufweisen. Eine derartige Rasterung erhöht die zur Stromleitung zur Verfügung stehende Oberfläche weiter, führt vor allem aber zu einer verbesserten formschlüssigen Verbindung der beiden Teile der Erfindung.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
1: schematisch eine erste Ausführungsform vor und nach Faltung,
2a, b: schematisch eine zweite Ausführungsform,
3: schematisch weitere Ausführungsformen.
1 zeigt mit der oberen Abbildung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vor der Faltung mit einem elektrischen Anschluss 3 und einer Kontaktstiftaufnahme 2, die zwei einstückig geformte Teilkontakte 4 und 5 aufweist. Die Teilkontakte 4, 5 weisen ihrerseits jeweils eine Öffnung 6, 7 auf und sind an einer Basis 20 miteinander verbunden. An der Basis 20 ist ebenfalls der elektrische Kontakt 3 befestigt, der hier aus zwei Teilschwertern 21 besteht. Der gesamte Leistungskontakt ist damit einteilig gefertigt. Gut zu erkennen sind die Arme 8, 9 in den Öffnungen 6, 7 sowie zwei sind dabei zwei gleichartige Verbindungsvorrichtungen 14, jeweils bestehend aus einem Rastarm 22 und einer Rastung 23. Die Länge des Rastarmes 22 bestimmt später den Abstand zwischen den beiden Teilkontakten 4, 5. Im unteren Teil von 1 ist der einsatzbereite Zustand der erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt, fertig gebogen. Zu erkennen ist, dass die beiden Öffnungen 6, 7 koaxial zueinander angeordnet sind und dass die Arme 8, 9 eines Teilkontaktes 4, 5 zunächst von einem Öffnungsrand 10 einen radial verlaufenden Abschnitt 11 aufweisen, gefolgt von einem axial verlaufenden Abschnitt 12, wobei die Arme eines Teilkontaktes mit denjenigen des anderen Teilkontaktes kämmend sind. Zu erkennen ist ebenfalls eine Prägung 13 auf letzterem Abschnitt 12, so dass ein die Öffnungen 6, 7 durchsetzender Kontaktstift mittels Flächenanlage und nicht nur mittels Linienanlage kontaktiert wird. Zu erkennen ist auch, dass der Abstand zwischen den beiden Teilkontakten 4, 5 in erster Linie durch die Länge des Rastarmes 22 bestimmt wird, der zu einem Abstand A im Bereich der Basis 20 korrespondiert. Die beiden Teilkontakte sind also im Bereich der Basis 20 zweimal miteinander verbunden ausgebildet und einmal im davon entferntesten Bereich der Öffnung 6, 7. Diese dreifache Verbindung ergibt einen stabilen Hochleistungskontakt, dessen beide Teilkontakte dennoch ein gewissen Grenzen gegeneinander lageveränderlich sind. Zu erkennen ist schließlich noch, dass die beiden Teilschwerter 21 aufeinander zu gebogen sein können, wobei jedes Teilschwert 21 auf das andere bzw. beide in gleichem Maße aufeinander zu gebogen sein können.
2a zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einsatzbereiter Form, die zweiteilig aus Kontaktstiftaufnahme 2 und elektrischem Anschluss 3 gebildet ist. 2b zeigt den elektrischen Anschluss 3 im Zustand vor seiner Faltung und Zusammenführung mit der Kontaktstiftaufnahme 2. Er ist dreizackförmig ausgebildet, mit zwei äußeren Armen 17 und einem mittleren Arm 18, wobei jeder Arm eine Rasterung 19 trägt. Das Anschlussende 16 ist wiederum als Schwert ausgebildet. 2a zeigt die Biegung des elektrischen Anschlusses 3, die zu drei beabstandet übereinander liegenden Lagen führt, zwischen denen das Material der Basis 20 der Kontaktstiftaufnahme 2 aufgenommen ist. Der mittlere Arm 18 ist damit in der Kontaktstiftaufnahme 2 geklemmt, wohingegen der obere und untere Arm 17 zwischen jeweils sich und dem mittleren Arm eine Lage der Kontaktstiftaufnahme 2 klemmen. Diese Sandwichverbindung ermöglicht eine optimale Flächenausnutzung zur Stromübertragung und bietet gleichzeitig eine hohe Oberfläche zur Wärmeabstrahlung. Zu erkennen sind auch zwei Anschläge 24, die die oberen und unteren Arme 17 seitlich stützen und die mittels Stanzen und Biegen im Bereich der Basis 20 gebildet sind.
3 zeigt schließlich in der oberen Reihe mehrere einteilige Ausführungsformen der Erfindung, jeweils mit unterschiedlich gestaltetem Anschlussende 16 des elektrischen Anschlusses 3 und mit der gleichen Kontaktstiftaufnahme 2. Die Anschlussenden 16 des elektrischen Anschlusses 3 sind hier als Schwert, als Crimp und als Stecker ausgebildet, von links nach rechts dargestellt.
3 zeigt in der unteren Reihe mehrere zweiteilige Ausführungsformen der Erfindung, jeweils mit unterschiedlich gestaltetem Anschlussende 16 des elektrischen Anschlusses 3 entsprechend der zuvor genannten Reihung. Die Kontaktstiftaufnahme 2 ist identisch zu derjenigen der oberen Reihe. Zu erkennen ist, dass die Anschläge 24 optional sind und daher nicht bei jeder zweiteiligen Ausführungsform auftreten müssen. Das Fehlen der zweiten Verbindungsvorrichtung 14 im Bereich der Öffnung 6, 7 zeigt, dass diese ebenfalls optional ist.
Der erfindungsgemäße Hochleistungskontakt ist damit an viele Einsatzwecke anpassbar und ermöglicht dank der Beweglichkeit der beiden Teilkontakte zueinander und dank der federnden Ausbildung der Kontaktarme und deren axiale Erstreckung einen sicheren Kontakt zu einem Kontaktstift auch unter rauen Einsatzbedingungen. Insbesondere in seiner zweiteiligen Form vermag es der Hochleistungskontakt aufgrund seiner Sandwichbauweise auch bei kleinen Gesamtmaßen große Ströme sicher zu leiten.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Leistungskontaktierung
2: Kontaktstiftaufnahme
3: elektrischer Anschluss
4: Teilkontakt
5: Teilkontakt
6: Öffnung
7: Öffnung
8: Kontaktarm
9: Kontaktarm
10: Öffnungsrand
11: radialer Abschnitt
12: axialer Abschnitt
13: Prägung
14: Verbindungsvorrichtung
15: Verbindungsbereich
16: Anschlussende
17: äußerer Arm
18: mittlerer Arm
19: Rasterungen
20: Basis
21: Teilschwert
22: Rastarm
23: Rastung
24: Anschlag

Claims

Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1), aufweisend eine Kontaktstiftaufnahme (2) und wenigstens einen elektrischen Anschluss (3), wobei die Kontaktstiftaufnahme (2) einteilig aus zwei beabstandet übereinander angeordneten und zueinander beweglichen Teilkontakten (4, 5) gebildet ist, wobei jeder Teilkontakt (4, 5) eine Öffnung (6, 7) mit in die Öffnung (6, 7) hineinragenden Kontaktarmen (8, 9) aufweist, wobei die beiden Öffnungen (6, 7) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Kontaktarme (8, 9) einer Öffnung (6, 7) auf die Kontaktarme (8, 9) der anderen Öffnung einander kämmend zugebogen ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (6, 7) rund oder eckig ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktarme (8, 9) ausgehend von einem Öffnungsrand (10) zunächst einen radial verlaufenden Abschnitt (11) gefolgt von einem axial verlaufenden Abschnitt (12) aufweisen und insbesondere in letzterem eine Bombierung und/oder Prägung (13) aufweisen.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilkontakte (4, 5) mittels mindestens einer weiteren Verbindungsvorrichtung (14) aneinander verbunden ausgebildet sind, vorzugsweise mittels zweier Verbindungsvorrichtungen (14), insbesondere zweier gleichartig ausgebildeter Verbindungsvorrichtungen (14).
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss (3) einteilig mit der Kontaktstiftaufnahme (2) ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss (3) ein mit der Kontaktstiftaufnahme (2) verbindbares Bauteil ist und hierzu einen Verbindungsabschnitt (15) aufweist.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss (3) ein Anschlussende (16) aufweist, ausgebildet insbesondere als Schwert, Kontaktknopf, Crimp, Lötende, Niet.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (15) des elektrischen Anschlusses (3) dreizackförmig ausgebildet ist, wobei die beiden äußeren Arme (17) des Dreizack fluchtend beabstandet über und unter den mittleren Arm (18) umgebogen ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von oberem zu mittlerem und unterem zu mittlerem Arm zu einer Materialstärke des Kontaktelements (2) korrespondiert und dass die Dicke des mittleren Armes zu einem Abstand der beiden Teilkontakte (4, 5) zueinander korrespondiert.
Vorrichtung zur Leistungskontaktierung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verbindungsflächen von Teilkontakt (4, 5) und elektrischem Anschluss (3) korrespondierende Rasterungen (19) aufweisen.