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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder gemäß Patentanspruch 1 sowie einen Isolierkörper gemäß Patentanspruch 10.
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Insbesondere elektrische Schnittstellen zur Übertragung hoher Leistungen, beispielsweise zur Anbindung des elektrischen Traktionsrotors für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, sind bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit auf der einen Seite und ihrer Baugröße auf der anderen Seite begrenzt. Auf der einen Seite wird eine hohe Leistungsfähigkeit gefordert und auf der anderen Seite eine möglichst kleine Baugröße, damit bestehende Geometrien nicht verändert werden müssen.
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Eine hohe Stromlast führt zu einer starken Erwärmung, die sich insbesondere an Schnittstellen auswirkt und zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit der gesamten Stromübertragung führt. Entsprechend sind Steckverbinder in ihrer Stromtragfähigkeit limitiert und es werden entsprechende Vorgaben beziehungsweise Grenztemperaturen angegeben.
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Insbesondere bei Automobilanwendungen ist eine Erhöhung der Strombelastbarkeit beziehungsweise Stromtragfähigkeit bei gleichzeitig erhöhten Lebensdaueranforderungen des Steckverbinders gefordert.
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Gleichzeitig besteht die Forderung, dass die Dimensionen beziehungsweise Abmessungen solcher elektrischer Steckverbinder oder Kontaktsysteme sowie auch das Gewicht nicht größer werden.
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Selbstverständlich besteht auch die Forderung einer kostengünstigen Herstellung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektrischen Steckverbinder beziehungsweise einen Isolierkörper anzugeben, bei dem die Stromtragfähigkeit erhöht beziehungsweise die Stromerwärmung reduziert wird, bei gleichzeitig optimaler Bauraumausnutzung.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch direkte Kühlung stromführender Teile mit einem fluiden Isoliermittel, insbesondere durch Integration in einem vorhandenen Kreislauf, die Stromtragfähigkeit deutlich zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß ist ein Isolierkörper mit mindestens einem Kühlkanal zur Bewirkung einer zur Stromleitung gerichteten Strömung eines fluiden Isoliermittels vorgesehen, durch das eine Anströmung der Stromschienen mit, insbesondere gekühltem, Öl ermöglicht wird. Die Stromleitung kann erfindungsgemäß auch als Steckkontakt, insbesondere als angewinkelter Crimpkontakt, ausgebildet sein.
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Hierdurch sind im Vergleich zum Stand der Technik unter identischen Bedingungen Temperaturen im Betrieb des elektrischen Steckverbinders von weniger als 120°C ermöglicht, die ohne Kühlung bei circa 170°C lagern. Somit ist der elektrische Steckverbinder als elektrische Schnittstelle in ein Getriebe integrierbar, so dass der innerhalb des Getriebes vorhandene Ölkreislauf beziehungsweise das vorhandene Öl als fluides Isoliermittel verwendbar ist.
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Der Isolierkörper kann erfindungsgemäß so konstruiert sein, dass er eine Verteilstruktur in Form mindestens eines Kühlkanals aufweist, durch welchen das fluide Isoliermittel auf die zu kühlenden Stromschienen geführt wird.
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Das fluide Isoliermittel kann insbesondere als fluider Nichtleiter ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass für jede Stromleitung mindestens zwei, insbesondere parallel verlaufende, Kühlkanäle vorgesehen sind. Durch Vorsehen mehrerer Kühlkanäle ist eine gezielte Anströmung von sich extrem aufheizenden Bereichen innerhalb des elektrischen Steckverbinders möglich, so dass innerhalb des elektrischen Steckverbinders eine möglichst gleichmäßige Temperatur vorherrscht.
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Soweit der Isolierkörper ein, insbesondere an dem Isolierkörper angeformtes, Sammelbecken zur Ansammlung des fluides Isoliermittels an dem Kühlkanal/den Kühlkanälen aufweist, kann eine gleichmäßige und wirkungsvolle Beaufschlagung der zu kühlenden, Strom tragenden Bauteile durch das fluide Isoliermittel gewährleistet werden.
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Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Kühlkanal zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, im Sammelbecken verläuft.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn der Kühlkanal zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, an der Außenseite des Isolierkörpers verläuft. Auf diese Weise ist ein gezieltes Anströmen bei geringstem Bauraum möglich.
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Indem der Kühlkanal den Isolierkörper, insbesondere am Boden des Sammelbeckens, durchsetzt, wird das fluide Isoliermittel auf vorteilhafte Weise direkt zu den zu kühlenden Bauteilen geleitet.
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Mit Vorteil ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass am Isolierkörper eine, insbesondere zumindest teilweise durch den Kühlkanal gebildete, Niederschlagsfläche zum Niederschlag des fluiden Isoliermittels vorgesehen ist. Insbesondere bei tröpfchen- oder dampfförmigem Vorliegen des fluiden Isoliermittels, beispielsweise eines Schmieröls im Getriebe, insbesondere in der Zwischenglocke des Getriebes, wird ohne besonderen Energieaufwand quasi selbsttätig ein Ansammeln des fluiden Isoliermittels im Sammelbecken erreicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Alternative kann an dem Isolierkörper, insbesondere am Sammelbecken, ein Anschluss für eine Ölleitung vorgesehen sein, so dass durch diese Maßnahme eine stärkere Kühlung, insbesondere eine verstellbare Kühlung, vorgesehen sein kann.
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Erfindungsgemäß eignet sich die vorliegende Erfindung besonders als in ein Getriebe integrierbarer oder integrierter Steckverbinder. In diesem Bereich werden von der Automobilindustrie besonders hohe Stromlasten bei geringstem Bauraum gefordert und das fluide Isoliermittel liegt bereits in der erfindungsgemäß beschriebenen Form vor.
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Als eigenständige Erfindung ist ein Isolierkörper zur Isolierung einer Strömleitung eines elektrischen Steckverbinders mit mindestens einem Kühlkanal zur direkten Beaufschlagung der Stromleitung mit einem fluiden Isoliermittel vorgesehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders,
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2 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Steckverbinders gemäß 1,
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3 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Steckverbinders gemäß 1 mit abgenommenem Isolierkörper,
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4 eine perspektivische Ansicht des Isolierkörpers und
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5 eine Aufsicht auf den elektrischen Steckverbinder gemäß 1.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt einen elektrischen Steckverbinder 1 mit drei parallel zueinander angeordneten, buchsenförmigen elektrischen Steckkontakten 2, 3, 4. Die Steckkontakte 2, 3, 4 dienen zum Anschluss an korrespondierende Kontaktstifte zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung. An den Steckkontakten 2, 3, 4 sind jeweils als Stromschienen 5, 6, 7 ausgebildete Stromleitungen elektrisch angeschlossen oder einstückig mit diesen ausgebildet (beispielsweise in Form eines angewinkelten Crimpkontakts), wobei die Stromschienen 5, 6, 7 parallel zueinander und angewinkelt zu den Steckkontakten 2, 3, 4 verlaufen.
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Am gegenüberliegenden Ende der Stromschienen 5, 6, 7 sind jeweils Leitungen 8, 9, 10 elektrisch an den Stromschienen 5, 6, 7 angeschlossen, insbesondere in Form von flachen Litzendrähten.
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Die Steckkontakte 2, 3, 4 sind von zylinderförmigen Isolierkörpern 11, 12, 13 umgeben.
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Zur Isolierung der Strömschienen 5, 6, 7 in Richtung der Steckkontakte 2, 3, 4 sind die Stromschienen 5, 6, 7 aufnehmende, kastenförmige Isolierkörper 15, 16, 17 vorgesehen. Die Isolierkörper 15, 16, 17 können einstückig mit den Isolierkörpern 11, 12, 13 ausgebildet sein. Die Isolierkörper weisen jeweils seitlich Rastnasen 18, 18', 19, 19', 20, 20' auf, die zur Verrastung mit korrespondierenden Rastelementen 21, 21', 22, 22', 23, 23' eines Isolierkörpers 14 dienen. In 3 ist der Isolierkörper 14 abgenommen dargestellt, so dass die zwischen den korrespondierenden Rastnasen 18, 18' und Rastelementen 21, 21', sowie zwischen den Rastnasen 19, 19' und den Rastelementen 22, 22' und zwischen den Rastnasen 20, 20' und den Rastelementen 23, 23' zu bildenden Rastverbindungen gelöst sind. In den übrigen Figuren ist der Isolierkörper 14 mit den Isolierkörpern 15, 16, 17 verrastet.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient somit der Isolierkörper 14 als gemeinsamer Isolierkörper für die drei Stromschienen 5, 6, 7, die mittels des Isolierkörpers 14 parallel ausgerichtet und gehalten beziehungsweise fixiert werden. Der Isolierkörper 14 erfüllt daher eine Doppelfunktion, nämlich Isolierung und Halterung/Fixierung des Steckverbinders 1.
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An einer von den Steckkontakten 2, 3, 4 abgewandten Außenseite 24 des Isolierkörpers 14 sind parallel zueinander und parallel zu den Stromschienen 5, 6, 7 verlaufende Kühlkanäle 25, 26, 27 vorgesehen. Die Kühlkanäle 25 sind der Stromschiene 5 zugeordnet, während die Kühlkanäle 26 der Stromschiene 6 und die Kühlkanäle 27 der Stromschiene 7 zugeordnet sind.
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Die Kühlkanäle 25, 26, 27 sind durch parallel verlaufende, von der Außenseite 24 abstehende Zwischenwände 28 gebildet und erstrecken sich in etwa über die Hälfte der Außenseite 24.
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Die Kühlkanäle 25, 26, 27 und die Außenseite 24 dienen als Niederschlagsfläche zum Niederschlag eines fluiden Isoliermittels 31, insbesondere eines im Getriebe vorgesehenen Schmieröls. Durch entsprechend den Figuren angeordneten Einbau des Steckverbinders 1 in einen mit dem fluiden Isoliermittel 31 beaufschlagten Getriebeinnenraum schlägt sich das feinverteilte, insbesondere in Tröpfchenform oder als Öldampf vorliegende Isoliermittel an der Niederschlagsfläche nieder und läuft durch die Schwerkraft bedingt entlang der Außenseite 24 von oben nach unten, wobei das fluide Isoliermittel 31 durch die Kühlkanäle 25, 26, 27 geführt wird.
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Durch die Kühlkanäle 25, 26, 27, insbesondere die Zwischenwände 28, wird die wirksame Oberfläche der Niederschlagsfläche vergrößert, so dass sich mehr fluides Isoliermittel 31 an der Niederschlagsfläche niederschlägt.
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Das fluide Isoliermittel 31 wird am unteren Ende der Außenseite 24 des Isolierkörpers 14 in einem Sammelbecken 29 gesammelt. An einem Boden 30 des Sammelbeckens ist die Außenseite 24 jeweils am unteren Ende der Kühlkanäle 25, 26, 27 von den Kühlkanälen 25, 26, 27 durchsetzt, so dass das im Sammelbecken 29 eingesammelte fluide Isoliermittel 31 die Stromschienen 5, 6, 7 und die daran angeschlossenen elektrischen Leiter 8, 9, 10 beaufschlagt, wie es in 5 durch Tröpfchen dargestellt ist.
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Die Stromschienen 5, 6, 7 werden somit zumindest teilweise direkt gekühlt und in den Bereichen, wo das fluide Isoliermittel 31 nicht direkt an die Stromschienen 5, 6, 7 gelangt, ist eine indirekte Kühlung durch die Außenseite 24 des Isolierkörpers 14 gewährleistet.
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Das Sammelbecken kann durch einen seitlich angewinkelten Beckenbereich 32 vergrößert werden. Der Beckenbereich 32 kann alternativ oder zusätzlich einen nicht dargestellten Leitungsanschluss zum Anschluss einer Ölleitung aufweisen, so dass gezielt Öl dem Sammelbecken zugeführt werden kann. Dabei ist es erfindungsgemäß denkbar, das Sammelbecken 29 geschlossen auszuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbinder
- 2
- Steckkontakt
- 3
- Steckkontakt
- 4
- Steckkontakt
- 5
- Stromschienen
- 6
- Stromschienen
- 7
- Stromschienen
- 8
- elektrischer Leiter
- 9
- elektrischer Leiter
- 10
- elektrischer Leiter
- 11
- Isolierkörper
- 12
- Isolierkörper
- 13
- Isolierkörper
- 14
- Isolierkörper
- 15
- Isolierkörper
- 16
- Isolierkörper
- 17
- Isolierkörper
- 18, 18'
- Rastnasen
- 19, 19'
- Rastnasen
- 20, 20'
- Rastnasen
- 21, 21'
- Rastelemente
- 22, 22'
- Rastelemente
- 23, 23'
- Rastelemente
- 24
- Außenseite
- 25
- Kühlkanäle
- 26
- Kühlkanäle
- 27
- Kühlkanäle
- 28
- Zwischenwände
- 29
- Sammelbecken
- 30
- Boden
- 31
- fluides Isoliermittel
- 32
- Beckenbereich
