Steckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge Hyperboloid-Kontakte punkten unter extremen Einsatzbedingungen

Autor / Redakteur: Manfred Wack* / Kristin Rinortner

Elektrische Verbindungen sind im Automobildesign bei Elektro- und Hybridautos der entscheidende Aspekt. Marktübliche Steckverbinder können den gesteigerten Leistungsanforderungen kaum gerecht werden und müssen der zunehmenden Komplexität, den verringerten Platz- und Gewichtsanforderungen, erhöhter Wirtschaftlichkeit und Herausforderungen im Entwicklungsprozess Rechnung tragen.Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen bedeutet mehr Leistung höhere Ströme. Dies spielt sowohl bei der Leistungssteigerung als auch bei erhöhter Effizienz eine Rolle. Will man den Ansprüchen gerecht werden, müssen beispielsweise Drehstromgeneratoren, AC/DC-Wandler, Bremswiderstände, Motoren, Akkus, Sensoren, Mikrokontroller und Bordcomputersysteme berücksichtigt werden. Herkömmliche Steckverbinder erreichen hier oft ihre Leistungsgrenze. Hinzu kommt die Tatsache, dass in diesen Fahrzeugen zunehmend komplexe elektrische Systeme installiert werden, welche hohe Anforderungen an Kabel und Steckverbinder stellen.

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Mehr Strom durch die Verkabelungen und Steckverbindungen zu leiten, ohne gleichzeitig das Gewicht und die Einbaukosten zu erhöhen, ist die eigentliche Herausforderung für den Konstrukteur. Zukünftig wird die benötigte Stromstärke 300 bis 1000 A betragen, jedoch gibt es derzeit nur sehr wenige Steckverbinder auf dem Markt, die dieser Leistungsklasse entsprechen.

Standardsteckverbindungen zur Signal- und Datenübertragung wie. z.B. metrische 2-mm- oder DIN-41612-Leiterplattensteckverbinder sind in der Regel auf 5 A oder weniger ausgelegt. Bei Elektro- und Hybridfahrzeuge fließen Stromstärken von 8 bis 15 A pro Kontakt. Platz und Gewicht sind ebenfalls wichtige Faktoren. Somit sollten die eingesetzten Komponenten besonders leicht sein, um die verfügbare Kapazität der Akkus optimal zu nutzen.

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Steckverbinder mit hyperboloiden Kontakten (Bild 1) enthalten Leistungskontakte von 100 bis 750 A sowie Signalkontakte in einem Steckverbindergehäuse. Die aus der Luft- und Raumfahrttechnik stammende Hyperboloid-Kontakttechnologie hat sich im Einsatz unter extrem rauen Umgebungsbedingungen bewährt. Es lassen sich Anwendungsbereiche abdecken, für die herkömmliche Kontakte meist nicht mehr geeignet sind.

Hyperbolisch angeordnete Kontaktdrähte in den Buchsen legen sich linienartig am Stift an (Bidl 2). Daraus resultiert eine garantierte 360°-Kontaktierung mit einer großen selbstreinigenden Kontaktfläche bei extrem niedrigen Übergangswiderständen. Aus dieser Geometrie resultieren eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit, extrem niedrige Steck- und Ziehkräfte und eine lange Lebensdauer.

Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen bietet diese Kontakttechnologie eine große Anzahl von Kontaktierungspunkten, die aufgrund ihrer hyperboloiden Anordnung die gefürchteten Ausfälle durch Reibkorrosion verhindern. Weiterhin bietet diese Technologie eine sehr hohe Stromtragfähigkeit und erfüllt somit die Kernforderungen elektrischer Automobilsysteme.

Der Kontaktwiderstand kleiner 4 mΩ reduziert die Wärmeentwicklung stark, selbst wenn der Kontakt kurzzeitig über die maximale Stromfrequenz belastet wird. Somit besitzt der Kontakt eine wesentlich längere Lebensdauer. Für die räumlichen Einschränkungen, die bei dem Design eines Fahrzeugs berücksichtigt werden müssen, gibt es individuelle Lösungen. So können zum Beispiel Signale und Leistung durch einen einzigen, individuellen Gerätesteckverbinder geleitet werden. Das spart Zeit beim Einbau, Gewicht und Platz, da ein leichterer, zuverlässigerer Kabelbaum entsteht.

Hypertac bietet ebenfalls Standardsteckverbinder mit der hyperboloiden Kontakttechnologie. Diese Seriensteckverbinder bieten dem Konstrukteur von Elektro- und Hybridfahrzeugen die Vorteile von in Großserien gefertigten Steckverbindern. Dies bedeutet neben dem Preisvorteil eine Verkürzung der Entwicklungszeit durch den Wegfall von speziellen Prüfaufbauten für Zuverlässigkeitsprüfungen bei Einsatz kundenspezifischer Steckverbindungen.

Die neue Generation Leistungssteckverbinder von Hypertac, die Serien HBN (Bild 3) und HBB, sind einpolig oder zweipolig erhältlich, ausgelegt für 300/500/750 A und in Kunststoff- oder robuster Metallausführung erhältlich. Sie bieten ein Schnellverriegelungssystem, gerade und 90° gewinkelte Gehäusebauformen sowie passende Dichtungsschläuche. Diese Eigenschaften bieten den Designern zahlreiche Möglichkeiten zur optimierten Konstruktion hinsichtlich Gewicht, Platz, Montage und Instandhaltung.

Die Hyperboloide Kontakttechnologie

Steckverbinder mit Hyperboloid-Kontakttechnologie haben sich unter extrem rauen Umgebungsbedingungen bewährt. Hyperbolisch angeordnete Kontaktdrähte in den Buchsen legen sich linienartig am Stift an. Daraus resultiert eine garantierte 360° Kontaktierung. Dies ergibt eine große Kontaktfläche bei extrem niedrigen Übergangswiderständen.

Aus dieser besonderen Geometrie resultieren extrem geringe Steck- und Ziehkräfte und eine besonders lange Lebensdauer. Die original Hypertac-Kontakttechnologie bietet folgende Vorteile und Nutzen: hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit, hohe Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit, niedriger elektrischer Kontaktwiderstand und geringer Verschleiß.

*Manfred Wack ist Vertriebsleiter bei der Hypertac GmbH in Deggendorf.

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