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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Anschluss, aufweisend wenigstens
eine Anschlussleitung mit einer Anschlussstelle zum Herstellen wenigstens
einer elektrischen Verbindung und wenigstens einem Steckverbinder
zur Ankopplung der Anschlussstelle der Anschlussleitung. Die Erfindung
betrifft des Weiteren eine Anschlussleitung, aufweisend einen flexiblen
Mantel und die Verwendung einer Anschlussleitung in einer Kraftmaschine.
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Elektrische
Anschlüsse und Anschlussleitungen der oben genannten Art
sind vielfach bekannt. Dabei sind Anschlussleitungen und Steckverbinder
in der Regel auf den Einsatz bei einem maximalen Betriebsstrom in
einem vorgegebenen Betriebstemperaturbereich begrenzt, um eine Überhitzung
der Anschlussleitung zu verhindern. Grundlagen zur Prüfung
der Belastbarkeit von elektrischen Anschlüssen sind beispielsweise
aus der DIN IEC 60512 Teil 3 bekannt.
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Beziehungen
zwischen Strom, einer durch Verlustleistung am Durchgangswiderstand
einer Anschlussleitung hervorgehobenen Temperaturerhöhung
und einer Umgebungstemperatur eines Steckverbinders werden in so
genannten Derating-Kurven dargestellt. 5 zeigt
ein Beispiel einer Derating-Kurve. Auf der Abszisse wird die Temperatur
T der Anschlussleitung aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Stromfluss
I durch die Anschlussleitung aufgetragen.
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Die
in der 5 dargestellte Kurve c entspricht der Basiskurve
für eine Anschlussleitung. Um äußere
Faktoren, wie beispielsweise Änderungen im Leitungsquerschnitt
oder eine ungleichmäßige Stromverteilung zu berücksichtigen,
wird eine korrigierte Kurve d bestimmt, die den maximalen Betriebsbe reich
der Anschlussleitung kennzeichnet. Bei niedrigen Temperaturen wird
der Betriebsbereich b zudem durch eine gegebene maximale Stromgrenze a
begrenzt, die beispielsweise durch den Leitungsquerschnitt gegeben
ist.
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Aus
der 5 wird insbesondere deutlich, dass der zulässige
Betriebsbereich b für hohe Temperaturen T deutlich abfällt
und bei einer Grenztemperatur tu endet.
Dieser Bereich ist insbesondere bei der Verwendung von Anschlussleitungen
in Kraftmaschinen von Bedeutung, weil hier zum Einen oft eine verhältnismäßig
hohe Umgebungstemperatur vorherrscht und zum Anderen verhältnismäßig
große Betriebsströme durch die Anschlussleitung
geleitet werden.
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Daher
werden insbesondere bei Kraftmaschinen oft besonders dicke Anschlussleitungen
verwendet, um die auftretenden hohen Betriebsströme zu übertragen.
Dies ist zum einen teuer, weil verhältnismäßig
große Mengen Kupfer oder ähnliche Leitungsmaterialen
benötigt werden, und resultiert zum anderen in Problemen
bei der Verlegung solcher Anschlussleitungen aufgrund ihrer Starrheit,
insbesondere in einem verhältnismäßig
engen Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektrischen Anschluss,
eine Anschlussleitung und eine Verwendung einer Anschlussleitung zu
beschreiben, die eine Übertragung verhältnismäßig
großer Betriebsströme zulässt und dabei
einfach und kostengünstig herstellbar und verwendbar ist.
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Die
oben genannte Aufgabe wird durch einen elektrischen Anschluss der
oben genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Anschlussleitung und der Steckverbinder wenigstens einen
Hohlraum zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit aufweisen
und so ausgebildet sind, dass durch Ankoppeln der Anschlussstelle
der Anschlussleitung an den Steckverbinder sowohl die elektrische
Verbindung zum Durchleiten eines elektrischen Stroms als auch eine
hydraulische Verbin dung zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit
zwischen der Anschlussleitung und dem Steckverbinder herstellbar
ist.
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Durch
Verwendung einer Anschlussleitung und eines Steckverbinders mit
einem Hohlraum zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit
kann der elektrische Anschluss gekühlt werden, um die durch
einen hohen Stromfluss verursachte thermische Energie von dem elektrischen
Anschluss abzuführen und eine Überhitzung des
elektrischen Anschlusses zu vermeiden. Dabei ist es von Vorteil,
dass gleichzeitig mit dem Herstellen der elektrischen Verbindung
auch eine hydraulische Verbindung zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit
zwischen der Anschlussleitung und dem Steckverbinder herstellbar
ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung weist der wenigstens eine Steckverbinder
ein erstes Ventil auf, das eine erste Öffnung des Hohlraums zum
Durchleiten der Kühlflüssigkeit durch den Steckverbinder
verschließt, wenn die Anschlussstelle der wenigstens einen
Anschlussleitung von dem Steckverbinder entkoppelt ist. Durch Verschließen
einer ersten Öffnung des Hohlraums an dem Steckverbinder
kann ein Austreten der Kühlflüssigkeit bei abgezogener
Anschlussleitung verhindert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anschlussstelle der
wenigstens einen Anschlussleitung ein zweites Ventil auf, das eine zweite Öffnung
des Hohlraums zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit
durch die Anschlussleitung verschließt, wenn die Anschlussstelle
der Anschlussleitung von dem wenigstens einen Steckverbinder entkoppelt
ist. Durch Abschluss einer zweiten Öffnung des Hohlraums
auf Seiten der Anschlussleitung wird ein Austreten der Kühlflüssigkeit
aus der Anschlussleitung verhindert, wenn diese aus dem Steckverbinder
entfernt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anschlussstelle der
wenigstens einen Anschlussleitung eine elektrische leitfähige
Kontaktfläche auf, und der wenigstens eine Steckverbinder
weist eine elektrisch leitfähige Gegenkontaktfläche
auf, die in einem angekoppelten Zustand mit der Kontaktfläche
zusammenwirkt, um die elektrische Verbindung herzustellen. Durch
Ausbildung elektrisch leitfähiger Kontaktflächen
auf Seiten der Anschlussleitung und des Steckverbinders kann eine flächige
Verbindung zum Übertragen eines elektrischen Stroms hergestellt
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontaktfläche
und/oder die Gegenkontaktfläche dazu eingerichtet, im angekoppelten Zustand
durch die Kühlflüssigkeit gekühlt zu
werden. Durch Kühlung der Kontaktfläche und/oder
der Gegenkontaktfläche durch die Kühlflüssigkeit
kann eine Überhitzung der Kontaktflächen vermieden
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anschlussleitung
einen flexiblen Mantel auf, der wenigstens ein elektrisch leitfähiges Material
zum Herstellen der elektrischen Verbindung umfasst und den Hohlraum
zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit umgibt. Durch
Verwendung eines flexiblen Mantels mit einem elektrisch leitfähigen
Material wird sowohl die elektrische Verbindung als auch die hydraulische
Verbindung durch die Anschlussleitung hergestellt.
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Die
oben genannte Aufgabe wird ebenso durch eine Anschlussleitung, aufweisend
einen flexiblen Mantel gelöst, wobei der Mantel wenigstens ein
elektrisch leitfähiges Material zum Herstellen einer elektrischen
Verbindung aufweist, einen Hohlraum zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit
umgibt und beim Durchleiten der Kühlflüssigkeit
durch den Hohlraum das elektrisch leitfähige Material kühlbar ist.
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Durch
Kühlen eines elektrisch leitfähigen Materials
in einem Mantel, der einen Hohlraum zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit
umgibt, wird ein Durchleiten von großen Strömen
durch eine Anschlussleitung ermöglicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist das elektrisch leitfähige
Material in Form einer verformbaren Struktur ausgebildet, das den
Hohlraum zumindest teilweise umschließt. Durch Ausbildung einer
verformbaren Struktur kann die Anschlussleitung flexibel verlegt
werden. Zudem wird die Kühlung verbessert, in dem das elektrisch
leitfähige Material den Hohlraum zumindest teilweise umschließt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das elektrisch leitfähige
Material in Form einer Spiralstruktur, einer mäanderförmigen
Struktur oder einer Netzgeflechtstruktur ausgebildet. Die Verwendung
von einer Spiralstruktur, einer mäanderförmigen
Struktur oder einer Netzgeflechtstruktur ermöglicht einen
besonders einfachen Aufbau von flexiblen Anschlussleitungen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der flexible Mantel eine
erste und/oder zweite Isolationsschicht zur elektrischen Isolierung des
elektrisch leitfähigen Materials nach innen zum Hohlraum
bzw. nach außen zur Umgebung auf. Durch Verwendung einer
ersten und/oder zweiten Isolationsschicht kann der Betriebsstrom
des elektrisch leitfähigen Materials nach innen oder außen isoliert
werden, um einen Kurzschluss oder eine andere elektrische Störung
zu vermeiden.
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Die
oben genannte Aufgabe wird ebenso gelöst durch die Verwendung
einer Anschlussleitung gemäß einer der oben beschriebenen
Ausgestaltungen in einer Kraftmaschine mit einem Kühlkreislauf, insbesondere
einer Flüssigkeit gekühlten Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs, wobei die Anschlussleitung hydraulisch an
den Kühlkreislauf der Kraftmaschine ankoppelbar ist. Durch
die Möglichkeit, die Anschlussleitung an den Kühlkreislauf
einer Kraftmaschine anzukoppeln, wird eine einfache, leistungsfähige
Kühlung der Anschlussleitung ermöglicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung wird die elektrische Verbindung durch
das Durchleiten der Kühlflüssigkeit unter einer
vorbestimmten Grenztemperatur gehalten. Durch das Halten der elektrischen
Verbindung unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur wird die Übertragung
hoher Betriebsströme ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die elektrische Verbindung
durch das Durchleiten der Kühlflüssigkeit auf
einer vorbestimmten Solltemperatur gehalten. Durch Halten der elektrischen
Verbindung auf einer vorbestimmten Solltemperatur kann der elektrische
Leitwert der Anschlussleitung auf einem kontrollierten Wert gehalten werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigen:
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1 einen
elektrischen Anschluss, aufweisend eine Anschlussleitung und einen
Steckverbinder gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung,
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2 den
elektrischen Anschluss gemäß 1 im
angekoppelten Zustand sowie eine Draufsicht auf den Steckverbinder,
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3 einen
Querschnitt durch eine Anschlussleitung gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung,
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4 einen
Querschnitt durch eine verformbare Struktur gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung und
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5 eine
beispielhafte Derating-Kurve gemäß dem Stand der
Technik.
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1 zeigt
einen elektrischen Anschluss 1, umfassend einen Steckverbinder 2 und
eine Anschlussleitung 3 mit einer Anschlussstelle 4,
die im in der 1 dargestellten Zustand nicht
mit dem Steckverbinder 2 gekoppelt ist.
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Der
Steckverbinder 2 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Gehäuse 5, beispielsweise eine Hülse
aus einem nicht leitfähigen Kunststoff wie etwa PVC, eine
elektrische Gegenkontaktfläche 6 und eine Anschlussbuchse 7 zur
Aufnahme der Anschlussstelle 4 der Anschlussleitung 3 auf.
Die Anschlussbuchse 7 kann aus einem verhältnismäßig weichen,
elektrisch nicht leitfähigen Material geformt sein, um
eine Dichtigkeit der Verbindung herzustellen. Schließlich
weist der Steckverbinder 2 ein erstes Ventil 8 auf,
das einen ersten Hohlraum 9 auf der Rückseite
des Steckverbinders 2 abschließt, und ein Austreten
einer Kühlflüssigkeit 10 aus dem Steckverbinder 2 verhindert,
wenn die Anschlussleitung 3, wie in der 1 dargestellt,
nicht in den Steckverbinder 2 eingeschoben ist.
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Die
Anschlussleitung 3 umfasst eine erste Isolationsschicht 11,
eine verformbare Struktur 12 und eine zweite Isolationsschicht 13,
die zusammen einen flexiblen Mantel 14 bilden. Der flexible
Mantel 14, insbesondere die erste Isolationsschicht 11,
umgeben einen zweiten Hohlraum 15, der ebenfalls mit der
Kühlflüssigkeit 10 gefüllt ist.
Um ein Austreten der Kühlflüssigkeit 10 aus
dem zweiten Hohlraum 15 zu vermeiden, weist die Anschlussleitung 3 im
Bereich der Anschlussstelle 4 ein zweites Ventil 16 auf,
das eine dem Steckverbinder 2 zugewandte Öffnung
des zweiten Hohlraums 15 abschließt.
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Des
Weiteren ist im Bereich der Anschlussstelle 4 eine elektrische
Kontaktfläche 17 angeordnet, die mit den Gegenkontaktflächen 6 des
Steckverbinders 2 im angekoppelten Zustand zusammenwirkt,
um eine elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder 2 und
einem in die verformbare Struktur 12 integrierten elektrisch
leitfähigen Material 18 herzustellen.
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Die
zweite Isolationsschicht 13 und ein Steckergehäuse 19 aus
einem elektrisch nicht leitfähigen Material umgeben die
verformbare Struktur 12 bzw. die Kontaktflächen 17,
um die Anschlussleitung 3 nach außen hin zu isolieren
und Kurzschlüsse oder Leckströme zu vermeiden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anschlussstelle 4 eine
vorstehende Einschuböffnung 20 auf, die in eine
entsprechend geformte Gegenöffnung 21 des Steckverbinders 2 eingreift.
Durch Eindringen der Einschuböffnung 20 in die
Gegenöffnung 21 wird das erste Ventil 8 geöffnet,
um ein Austreten der Kühlflüssigkeit 10 aus
dem Steckverbinder 2 zu ermöglichen. Das zweite
Ventil 16 wird durch Austreten der Kühlflüssigkeit 10 aus
dem Steckverbinder 2 ebenfalls geöffnet, wenn
der Flüssigkeitsdruck in dem ersten Hohlraum 9 größer
ist als der Innendruck in dem zweiten Hohlraum 15. Auf
diese Weise kann durch einfaches Einstecken der Anschlussleitung 3 mit
der Anschlussstelle 4 in den Steckverbinder 2 sowohl
eine elektrische als auch eine hydraulische Verbindung zwischen
dem Steckverbinder 2 und der Anschlussleitung 3 hergestellt werden.
Selbstverständlich sind auch andere, dem Fachmann bekannte
Arten der elektrischen und hydraulischen Verbindung zwischen dem
Steckverbinder 2 und der Anschlussleitung 3 möglich.
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2 zeigt
den elektrischen Anschluss 1 gemäß 1 im
angekoppelten Zustand. Wie aus der 2 deutlich
wird, wird ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Kontaktfläche 17 und
der Gegenkontaktfläche 6 großflächig
hergestellt, um einen Anschlusswiderstand der Steckverbindung zu
minimieren. Durch die Anordnung der Kontaktfläche 17 an
der Außenwand der ersten Isolationsschicht 1 wird
zudem eine aktive Kühlung der Kontaktfläche 17 und
der mit ihr thermisch gekoppelten Gegenkontaktfläche 6 durch
die Kühlflüssigkeit 10 bewirkt.
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Die
in der 2 ebenfalls dargestellte Aufsicht auf den Steckverbinder 2 zeigt,
dass die Gegenkontaktfläche 6 die Anschlussstelle 4 der
Anschlussleitung 3 vollständig umgibt. Auf diese
Weise ist ein symmetrischer und besonders großflächiger
Kontakt zwischen dem Steckverbinder 2 und der Anschlussstelle 4 der
Anschlussleitung 3 möglich.
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Selbstverständlich
sind auch asymmetrische Steckverbinder 2 beziehungsweise
Anschlussstellen 4, beispielsweise in Rechteckform, möglich.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Kontaktflächen 17 beziehungsweise
Gegenkontaktflächen 6 zum gleichzeitigen Herstellen
mehrerer elektrischer Verbindungen vorgesehen sind. Gemäß einer
nicht dargestellten Ausgestaltung ist eine Anschlussleitung 3 beispielsweise
zur gleichzeitigen Zu- und Ableitung eines Betriebsstroms eingerichtet.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch die Anschlussleitung 3. Hierin
sind noch einmal die unterschiedlichen Schichten der Flüssigkeit
gekühlten Anschlussleitung 3 zu erkennen. Der
flexible Mantel 14 umfasst die innere, erste Isolationsschicht 11,
die verformbare Struktur 12 und die äußere,
zweite Isolationsschicht 13. Beispielsweise sind die erste
und zweite Isolationsschicht 11 und 13 aus einem
Polymer oder PVC aufgebaut. Darin eingebettet befindet sich die
verformbare Struktur 12, die ein elektrisch leitfähiges
Material 18 umfasst. Der flexible Mantel 14 umgibt
den zweiten Hohlraum 15, der mit der Kühlflüssigkeit 10 angefüllt
ist. Beispielsweise kann es sich bei der Kühlflüssigkeit
um Glykol, Wasser oder ein spezielles Kältemittel, wie
beispielsweise ein modifizierter Kohlenwasserstoff, handeln.
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4 zeigt
einen Querschnitt durch eine verformbare Struktur 12. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die verformbare
Struktur 12 sowohl ein verformbares Kunststoffmaterial 22 als
auch das elektrisch leitfähige Material 18. Beispielsweise
kann das elektrisch leitfähige Material 18 spira lenförmig um
die erste Isolationsschicht 11 gewickelt sein, um eine
großflächige Kühlung des elektrisch leitfähigen Materials 18 sicherzustellen.
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An
Stelle einer spiralförmigen oder auch einer mäanderförmigen
Umwicklung der ersten Isolationsschicht 11 kann auch ein
Drahtgeflecht als elektrisch leitfähiges Material 18 verwendet
werden, sodass eine elektrische Leitung auf der gesamten Außenfläche
der ersten Isolationsschicht 11 bzw. in dem gesamten Bereich
der verformbaren Struktur 12 erreicht wird.
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Bei
dem elektrisch leitfähigen Material 18 kann es
sich beispielsweise um Kupfer oder Aluminium handeln, das durch
seine Anordnung in der verformbaren Struktur 12 sämtlichen
Verformungen des flexiblen Mantels 14 folgt. Die Verformbarkeit
des Mantels 14 wird zudem durch die Materialauswahl des
Kunststoffs der ersten und zweiten Isolationsschicht 11 bzw. 13 sowie
des optionalen verformbaren Kunststoffmaterials 22 gewährleistet.
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Selbstverständlich
können die erste und zweite Isolationsschicht 11 und 13 sowie
ein möglicherweise dazwischen liegendes Kunststoffmaterial 22 auch
als ein gemeinsamer Mantel hergestellt werden. Insbesondere ist
es möglich, ein elektrisch leitfähiges Material 18 in
röhrenförmiger Spiral-, Mäander- oder
Netzgeflechtstruktur einseitig oder beidseitig mit einem elektrisch
nicht leitfähigen Kunststoffmaterial zu beschichten.
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In
einer vorteilhaften Verwendung wird der elektrische Anschluss 1 in
einer Kraftmaschine mit einem Kühlkreislauf verwendet.
Insbesondere ist ein Einsatz in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges möglich.
Auch bei so genannten Hochenergiespeichersystemen, die zum Beispiel
bei Hybridfahrzeugen Verwendung finden, ist ein Einsatz vorteilhaft,
da die dort verwendeten Hochenergiezellen zum Einen aktiv gekühlt
werden müssen und zum Anderen hohe Betriebsströme
abgeben.
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Bei
aufwändigen Kraftmaschinen mit einer Vielzahl von elektrischen
Versorgungs- oder Steuerleitungen sowie hydraulischen Kühl-,
Betriebsmittel- oder Ölleitungen wird zudem ein Aufbau
vereinfacht, weil mehrere oder alle dieser Verbindungen durch Verwendungen
eines einzelnen oder weniger Anschlüsse hersteilbar sind.
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Umfasst
der Kühlkreislauf eine Temperaturregelung, kann die Temperatur
der Anschlussleitung 3 und damit auch die des elektrisch
leitfähigen Material 18 auf einer vorbestimmten
Temperatur gehalten werden. Neben der zuvor beschriebenen Verbesserung
der Leitfähigkeit ergibt sich als zusätzlicher
Vorteil ein Schutz vor einem Schmelzen der ersten oder zweiten Isolationsschicht 11 beziehungsweise 13. Auch
eventuell an dem Steckverbinder 2 oder der Anschlussleitung 3 vorhandene
Lötverbindungen werden durch die aktive Kühlung
geschützt, sodass die Betriebssicherheit des gesamten elektrischen
Anschlusses 1 verbessert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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