-
Die
Erfindung betrifft gekühlte
Kabel, insbesondere luftgekühlte
Kabel, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
-
Gekühlte, insbesondere
luftgekühlte
Kabel, werden überall
dort eingesetzt, wo die Kabel durch entsprechend lokale Wärmeentwicklung
von Überhitzung
gefährdet
sind. Insbesondere werden solche Kabel für Energieübertragungseinrichtungen verwendet,
da die über
die Kabel übermittelte
Leistung in Berücksichtigung
der elektrischen Widerstandswerte der Kabel in sich Wärme erzeugen.
Dies können
entweder Kabel für
elektrische Motoren großer
Leistung sein, oder aber auch Kabel für die Energieübertragung
in Energieübertragungsnetzen
sein.
-
Aus
dem Stand der Technik sind daher eine Reihe gekühlter Kabel und Kabelsysteme
bekannt.
-
So
ist aus der
DE 31 24
863 A1 ein Endstück für luftgekühlte Kabel
bekannt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Endstückes. Dabei
besteht das Kabel aus einer Vielzahl von Kerndrähten, welche in ein zylindrisches,
elektrisch leitendes Stück eingeführt werden,
dessen eine Seite aufgeweitet ist. Ein Deckband aus Kunstharz oder
synthetischem Gummi oder dergleichen wird auf das Ende des Kabels
aufgebracht und derjenige Teil des zylindrischen, elektrisch leitenden
Stückes
außerhalb
des aufgeweiteten Teils wird in rechtwinklige Formen gepreßt. Dabei
zielt diese Bauform darauf ab, daß ein derart leicht herzustellendes
Endstück
für luftgekühlte Kabel
so gestaltet ist, daß keine
Kabelwechsel erforderlich sind und sich eine lange Lebensdauer ergibt.
Kabel dieser Art werden beispielsweise bei Punktschweißanlagen
in der Autoindustrie verwendet.
-
Aus
der
DE 36 42 307 ist
ein Endenabschluß für innen
gekühlte
kunststoffummantelte Energiekabel bekannt. Bei einem Endenabschluß aus Kabelschuh
und Anschlußfahne
für wassergekühlte Energiekabel
ist ein Ringspalt zwischen dem kühlmittelführenden
Metallrohr und dem Stützrohr
mit einer Paste aus einem die Wärme
gut leitenden Material gefüllt.
Hierbei soll ein solcher Endenabschluß so gestaltet sein, daß die Energieabgabe
in die Umgebung reduziert wird.
-
Systeme
dieser Art betreffen somit Kabel, über die eine hohe elektrische
Leistung geleitet wird, wobei die Wärme naturgemäß entsteht.
-
Aus
der
EP 0 531 350 B1 ist
eine Anordnung zur Kühlung
der Batterie eines Kraftfahrzeuges bekannt. Hierbei wird die Batterie
in ein Gehäuse
eingebracht, welches wiederum luftgekühlt bzw. von einem Gebläse beaufschlagbar
ist.
-
Aus
der
DE 32 34 476 A1 ist
eine Kühlmitteltransportleitung
bzw. ein sogenanntes Supraleiterkabel bekannt, mit einem Kälteschirm
aus wendelförmig
verlaufenden Metallbändern,
auf deren Oberfläche
kältemittelführende Rohrleitungen
befestigt sind. Hierbei ist das Ziel jedoch nicht, die Kabel vor Überhitzung
zu schützen,
sondern die Kabel bis auf eine extrem niedrige Betriebstemperatur
herunterzukühlen,
bei welcher Supraleitung möglich
ist. Die Kühlung
erfolgt hierbei auch mit außerordentlichen
Mitteln, wie beispielsweise flüssigem
Stickstoff.
-
Aus
der
DE 42 09 928 C1 ist
ein elektrisches Ein- oder Mehrleiterverbundkabel mit integrierter Kühlung bekannt.
Diese Kabel werden eingesetzt für höhere Übertragungsleistungen
als herkömmlich
vorgesehen. Dabei werden die einzelnen Kabeladern entsprechend gezwickelt,
so daß sich
Hohlräume
ergeben, die von Kühlmedien
durchflossen werden können.
-
Diese
Kabel sind insgesamt und ausschließlich für die Übertragung höherer Leistungen,
wie beispielsweise von Energieerzeugungsanlagen, vorgesehen. Für den Einsatz
innerhalb des Kraftfahrzeuges bedarf es jedoch keiner Kabel, die
extrem hohe Übertragungsleistungen übertragen
müßten, sondern
im allgemeinen Betriebsfall des Kraftfahrzeuges kann ein lokaler
Temperaturanstieg, beispielsweise im Motorraum, oder ggf. auch in
Kombination mehrerer Ereignisse, wie Motorüberhitzung, in Verbindung mit hohen
Umgebungslufttemperaturen, zu einer Beschädigung der sensiblen Kabelbäume führen.
-
Hierzu
werden präventiv
oftmals bestimmte Isolierungen gewählt, die in ihrer Zusammensetzung zwar
hitzebeständig,
jedoch sehr teuer sind. Weitergehend können Abschirmungen im Bereich
der Kabelbäume
vorgesehen werden, die jedoch entweder aus Platzmangel oder aus
Kostengründen
kaum realisierbar sind.
-
Weiterhin
beschreibt
DE 196
05 994 C1 ein Gehäuse
zur Aufnahme elektronischer Steuergeräte und ein mit dem Gehäuse verbundenen
Lüfter
in einer Kraftfahrzeugstirnwand, wobei in einem Belüftungsstutzen
zwei voneinander getrennte Luftführungsabschnitte
integriert sind. Der Luftführungsabschnitt
weist einen kleinen, rohrartigen Luftführungsabschnitt und einen breiten
Luftführungsabschnitt auf,
dessen freier Querschnitt wesentlich größer ist als der freie Querschnitt
des rohrartigen Luftführungsabschnittes.
Dadurch kann der Luftführungsabschnitt
zusätzlich
auch für
Kabeldurchführungen
vorgesehen sein.
-
Aus
der
DE 599 865 C1 ist
eine elektrische Leitung gleichzeitig zur Fortleitung eines flüssigen oder
gasförmigen
Mediums bekannt, wobei sowohl die Gummiisolation der Leitung als
auch die Wandung für
das Medium sowie die gemeinschaftliche Umhüllung vor der Verzweigung an
der Gabelungsstelle homogen ineinander übergehen.
-
In
der
US 5 591 937 A1 ist
ein Kabelsystem zwischen einem induktiven Ladesystem und einer Fahrzeugsbatterie
offenbart. Das Kabelsystem umfasst ein Kühlungssystem zum Abspeichern
und Transport von Kühlmittel
und einen Druckschalter, der einen Druck im Kühlungssystem ermitteln und dann
ein Signal generieren kann, um das induktive Ladesystem auszuschalten
und den Druck im Kühlungssystem
folglich zu mindern.
-
Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, gekühlte Kabel, insbesondere luftgekühlte Kabel,
derart zu gestalten, daß sie
auch im Niedrigleistungsbereich, insbesondere im Kraftfahrzeug, einsetzbar
sind.
-
Die
gestellte Aufgabe wird bei einem gekühlten Kabel der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen gekühlten Kabels bzw. der gekühlten Kabel,
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Kern
der Erfindung besteht darin, daß für den Einsatz
im Kraftfahrzeug die Kabel in einem Schlauch oder Schlauchsystem
verlaufend angeordnet sind, welches mit einem Gebläse verbunden
ist. Das Schlauchsystem braucht hierbei keine weitergehende Hitzeschildfunktion
aufzuweisen und kann daher aus relativ einfachem Material, wie beispielsweise
aus Weltschläuchen
aus Kunststoff gefertigt sein.
-
Innerhalb
des Kraftfahrzeuges sind die Kabel zu sogenannten verzweigten Kabelbäumen verbunden,
wodurch in erfindungsgemäßer Ausgestaltung hierbei
das Schlauchsystem entsprechend verzweigend ausgebildet ist.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß das Schlauchsystem
zu einem von einem Hauptschlauch abzweigenden Schlauchsystem gestaltet
ist, und der Hauptschlauch von dem Gebläse beaufschlagbar ist.
-
Dadurch
ergibt sich ein dem Kabelbaum entsprechend nachgestaltetes Schlauchsystem.
Dies weist Enden auf, aus denen die Kabel sodann, beispielsweise
verbrauchernah, heraustreten.
-
In
erfindungsgemäßer Ausgestaltung
ist daher vorgesehen, daß die
Schlauchenden bzw. die Schlauchendstücke, mit einem bzw. jeweils
einem strömungsmäßigen Reduzier-
oder Drosselelement versehen sind, über welche eine Druck-/Volumenstrombeeinflussung
erfolgt. Hierdurch können
die Strömungsverhältnisse
innerhalb des Schlauchsystems so eingestellt werden, daß die damit
erreichte Kühlung
variabel ist. Die damit erreichte Kühlung kann somit an die Umgebungsbedingungen,
wie Temperaturanstieg der Umgebungsluft oder Temperaturanstieg im
Motorraum und dergleichen mehr, angepaßt werden.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher vorgesehen, daß die Reduzier-
oder Drosselelemente einstellbar sind.
-
Weiterhin
ist vorgesehen, daß das
Gebläse extern
ausgangsseitig mit einem Filterelement versehen ist, so daß die angesaugte
Luft weitestgehend staubfrei ist, um die besagten Schläuche bzw.
das Schlauchsystem, nicht dauerhaft und fortwährend zu verschmutzen. Weiterhin
ist vorgesehen, daß das Gebläse über Thermosensoren,
welche an den Kabeln oder den Kabelsträngen befestigt sind, regelbar ist.
Hierzu ist in letzter vorteilhafter Ausgestaltung ein Regler vorgesehen,
der mit dem System zusammenwirkend die Temperatur innerhalb der
Kabelstränge bzw.
des Schlauchsystems regelt. Das System kann dabei automatisiert
ablaufen, so daß kritische
Temperaturbereiche oder Betriebssituationen erkannt werden können und
die Kühlung
entsprechend eingeleitet und auf eine unkritische Temperatur oder
einen unkritischen Temperaturbereich automatisch gekühlt wird.
-
In
einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß Zentrierteile
mit ringförmigem
Außenbereich
und einer Durchgangsöffnung
für den
Kabelstrang verteilt angeordnet sind. Dabei sind entlang des gekühlten Kabelstranges oder
des gekühlten
Kabelstrangabschnittes eine Mehrzahl solcher Zentrierelemente verteilt
angeordnet und bewirken, daß der
Kabelstrang von der Innenwandung des Schlauches oder Wellrohres
zentriert und somit beabstandet gehalten wird. Dies hat wiederum
die Wirkung, daß auf
der vollen Länge
des im Schlauch geführten
Kabels eine stets gute und allseitige Umspülung des Kabelstranges mit
Kühlluft
erfolgen kann.
-
Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
-
Es
zeigt:
-
1:
erfindungsgemäßes Schlauchsystem zur
Kabelkühlung.
-
2:
logische Verschaltung einzelner Steuerelemente des besagten Schlauch- bzw. Kühlsystems.
-
3a:
Zentrierelement in Querschnittdarstellung zum Kabelstrang
-
3b:
Zentrierelement auf Kabelstrang in perspektivischer Sicht.
-
1 zeigt
einen Kabelbaum mit mehrfacher Verzweigung, der bereits von dem
erfindungsgemäßen Schlauchsystem 10 in
Form eines Wellrohres 3 umhüllt ist. Die Kabelstränge laufen
entlang eines Hauptstranges und werden an Verbindungs- und Abzweigstücken 4 abgezweigt.
Von dort aus werden sie entsprechend weitergeführt und an definierten Stellen,
die den Positionen oder Einbaulagen der anzuschließenden Geräte im Kraftfahrzeug
entsprechen, aus den Schläuchen
herausgeführt.
Dementsprechend ist die Gestaltung des Schlauchsystems, das von
einem Hauptstrang abzweigend, sich entlang der abgezweigten Wellrohrabschnitte
bis zum Gerät
erstrecken. An einem Ende des Hauptstranges des Wellrohres 3 ist
das Gebläse 5 angeordnet,
welches extern ausgangsseitig mit einem Filterelement 6 versehen
ist. Auf diese Weise wird Frischluft angesaugt und durch das Schlauchsystem
hindurchgeführt,
wodurch bei fortwährend
durchspültem
Volumendurchsatz die Kühlung
erreicht wird. Dabei kann es sich um externe Außenluft handeln oder es besteht
auch die Möglichkeit,
konditionierte Luft aus dem Klimasystem des Kraftfahrzeuges zu entnehmen,
um eine sehr rasche und starke Abkühlung auch dann zu erreichen,
wenn die Umgebungstemperaturen sehr hoch sind.
-
An
den Enden bzw. an den jeweiligen Enden des Schlauchsystems 10 treten
die Einzelkabel 1 heraus, wobei dieselben bereits nahe
ihres jeweiligen Anschlußort
sind. An den Enden des Schlauchsystems sind Verschlußelemente 2 in
Form von Reduzier- oder Drosselelementen angeordnet, mit denen der
Volumenstrom durch das Schlauchsystem einstellbar ist.
-
Das
Gebläse 5 kann,
wie bereits ausgeführt, entweder
so plaziert sein, daß Außenluft
angesaugt wird oder aber das Gebläse saugt die Außenluft über die
Klimatisierungsanlage an. Auf diese Weise wird konditionierte gekühlte Luft
angesaugt und in das Schlauchsystem 10 eingeblasen. Hierdurch
ist eine effizientere Kühlung
möglich,
die auch in extremen Situationen, wie hohe Außentemperaturen, bei gleichzeitig
hoher Motorraumtemperatur, sehr wirksam ist.
-
2 zeigt
die logische Verschaltung der einzelnen Elemente des Kabelkühlsystemes.
Das Gebläse 5 zum
Einblasen von Kühlluft
in das Wellrohr 3, durch das die zu kühlenden Kabel hindurchverlaufen,
wird gemäß 2 in
diesem Ausgestaltungsbeispiel temperaturgeführt. Hierzu sind Temperaturfühler 11 verteilt
angeordnet. Diese Temperaturfühler
können
innerhalb des Wellrohres angeordnet sein, um die aktuelle „Kabeltemperatur” zu ermitteln und
die Kühlung
entsprechend zu regeln.
-
Desweiteren
können
Temperaturfühler
auch im Motorraum oder im Bereich der Außenluftbeeinflussung angeordnet
sein. Die Temperaturfühler
sind mit der Steuereinheit 20 verbunden, über welche
das Gebläse 5 geregelt
wird. Dabei ist jedoch nicht nur das Gebläse regelbar, sondern es sind,
wie zur 1 bereits beschrieben, Reduzier-
und Drosselelemente 2 vorgesehen, die an den Enden des
Schlauchsystemes 10 angeordnet sind, und über welche
der Volumenstrom regelbar ist. Auch über diese Elemente ist die
effektive Kühlwirkung
einstell- bzw. regelbar.
-
Eine
weitere Ansteuerverbindung besteht über eine Umschalteinheit 12 zum
Klimasystem 30 des Kraftfahrzeuges. Die Umschalteinheit 12 dient zur
Umschaltung zwischen Luftentnahme aus der Umgebungsluft und Luftentnahme
aus dem Klimasystem 30 des Fahrzeuges. Auf diese Weise
ist auch beim Zusammenwirken ungünstiger
Bedingungen, wie z. B. hohe Umgebungstemperaturen und hohe Motorraumtemperaturen
dennoch eine rasche und effiziente Kühlung durch Umschaltung der
Luftentnahme auf die Luftentnahme aus dem Klimasystem 30 möglich.
-
3a zeigt
ein Zentrierelement 7 in Querschnittdarstellung zum Kabelstrang
bestehend aus mehreren Einzelkabeln 1. Das Zentrierelement 7 besteht
dabei aus einem äußeren Ring
und einem inneren Durchgangsbereich 8 durch den hindurch
die Kabel 1 bzw. der Kabelstrang geführt ist. Die Durchgangsöffnung ist
dabei derartig gestaltet, daß zwischen
Kabelstrang und Außenrand
des Zentrierelementes eine nahezu kreissymmetrische Beabstandung
entsteht. Die Zentrierelemente 7 werden entlang dem Kabelstrang
verteilt angeordnet.
-
3b zeigt
ein Zentrierelement 7 auf einem Kabel 1 oder einem
Kabelstrang, in perspektivischer Sicht. Es werden dabei in entsprechend
günstigen Abständen eine
Mehrzahl solcher Zentrierelemente 7 angeordnet. Wird das
so vorbereitete Kabel oder der so vorbereitete Kabelstrang nun in
ein oben bereits beschriebenes Wellrohr eingeführt, so legen sich die Zentrierelemente 7 mit
ihrem Außenrand
an der Innenwandung des Wellrohres an und der so zentriert durch
das gesamte Wellrohr verlaufende Kabelstrang ist allseitig von der
Wellrohrinnenwandung beabstandet und es ist eine stete allseitige
Umspülung
mit einer allseitigen Kühlwirkung
gewährleistet.