DE102015220096B4 - Electrical contact connection and electrical contact - Google Patents

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Abstract

Elektrische Kontaktverbindung (1), umfassend einen ersten elektrischen Kontakt (2) und einen zweiten elektrischen Kontakt (3), deren Kontaktgeometrien derart aufeinander abgestimmt sind, um eine elektrische Kontaktverbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der erste elektrische Kontakt (2) als Wärmerohr (4) ausgebildet ist oder ein Wärmerohr (4) aufweist, das elektrisch mit dem zweiten elektrischen Kontakt (3) verbunden ist.Electrical contact connection (1), comprising a first electrical contact (2) and a second electrical contact (3), the contact geometries of which are matched to one another in such a way as to form an electrical contact connection, characterized in that at least the first electrical contact (2) as Heat pipe (4) is formed or has a heat pipe (4) which is electrically connected to the second electrical contact (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktverbindung sowie einen elektrischen Kontakt.The invention relates to an electrical contact connection and an electrical contact.

Elektrische Kontaktverbindungen sind für die vielfältigsten Anwendungen bekannt. Insbesondere bei Anwendungen mit großen Stromstärken oder großen Stromdichten kommt es an der Kontaktstelle zwischen zwei elektrischen Kontakten zu einer großen Wärmeentwicklung. Der Grund hierfür ist, dass an der Kontaktstelle meist ein Übergangswiderstand vorliegt, der größer als der elektrische Widerstand in den Kontakten selbst ist. Je nach Größe der Wärmeentwicklung muss diese Wärme aktiv abgeführt werden. Zur aktiven Wärmeabfuhr sind die verschiedensten Maßnahme bekannt wie beispielsweise Gebläse.Electrical contact connections are known for a wide variety of applications. Particularly in applications with high currents or high current densities, a large amount of heat is generated at the contact point between two electrical contacts. The reason for this is that there is usually a contact resistance at the contact point that is greater than the electrical resistance in the contacts themselves. Depending on the amount of heat generated, this heat must be actively dissipated. A wide variety of measures are known for active heat dissipation, such as blowers, for example.

Weiter sind Wärmerohre zur Abführung von Wärme bekannt. Ein Wärmerohr ist ein Wärmeüberträger, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Dabei wird zwischen zwei Bauformen unterschieden, nämlich der Heatpipe und dem Zwei-Phasen-Thermosiphon. Das grundlegende Funktionsprinzip ist bei beiden gleich, wobei der Unterschied nur im jeweils passivem Transport des Arbeitsmediums erfolgt. Bei der Heatpipe erfolgt der Rücktransport durch Kapillarkräfte und beim Thermosiphon durch Schwerkraft. Das Wärmerohr weist dabei zweite Seiten auf, nämlich einen Verdampfer (wo die Wärme aufgenommen wird) und einen Kondensator (wo die Wärme abgegeben wird). Die äußere Ummantelung des Wärmerohrs besteht aus Metall, wobei vorzugsweise Kupfer zur Anwendung kommt.Heat pipes for dissipating heat are also known. A heat pipe is a heat exchanger that allows a high heat flow density by using the heat of vaporization of a medium. A distinction is made between two designs, namely the heat pipe and the two-phase thermosiphon. The basic functional principle is the same for both, the only difference being the passive transport of the working medium. With the heat pipe, the return is carried out by capillary forces and with the thermosiphon by gravity. The heat pipe has two sides, namely an evaporator (where the heat is absorbed) and a condenser (where the heat is released). The outer casing of the heat pipe is made of metal, copper being preferably used.

Aus der EP 2 104 183 A1 ist eine Verbindungseinrichtung bekannt, mit einem ersten Verbinder und einem zweiten Verbinder, die jeweils ein Kontaktierungselement aufweisen, um im verbundenen Zustand des Verbinders eine elektrische Verbindung herzustellen, wobei die Verbinder im verbundenen Zustand an einem Verbindungsbereich aneinander anliegen. Weiter umfasst mindestens einer der Verbraucher eine Kühlmittelleitung mit einem oder mehreren Zugängen zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels, wobei die Kühlmittelleitung an dem Kontaktierungselement vorgesehen ist, um Wärme von einer Kontaktstelle zwischen den Kontaktierungselementen abzuführen, wobei alle Zugänge der Kühlmittelleitung außerhalb des Verbindungsbereichs angeordnet sind.From the EP 2 104 183 A1 a connecting device is known with a first connector and a second connector, each having a contacting element in order to establish an electrical connection in the connected state of the connector, the connectors in the connected state in contact with one another at a connection region. Furthermore, at least one of the consumers comprises a coolant line with one or more accesses for supplying or removing a coolant, the coolant line being provided on the contacting element in order to dissipate heat from a contact point between the contacting elements, with all accesses to the coolant line being arranged outside the connection area are.

Aus der DE 10 2009 010 897 A1 ist ein Schaltschrank mit einer Mehrzahl von im Innern des Schaltschranks angeordneten Schaltgeräten bekannt, deren jeweilige Anschlussstücke zumindest teilweise über Anschlussleiter mit Sammelleitern verbunden sind, und/oder mit einer Mehrzahl von weiteren Schaltschrankkomponenten mit einer hohen lokalen Wärmeverlustleistung als Wärmequellen. Dabei ist zumindest ein Teil der Anschlussstücke der Schaltgeräte, zumindest ein Teil der Anschlussleiter, zumindest ein Teil der Sammelleiter und/oder zumindest ein Teil der weiteren Schaltschrankkomponenten zur lokalen Entwärmung jeweils mit einem ersten Ende einer nach dem Kapillarprinzip arbeitenden Heatpipe wärmeleitend verbunden.From the DE 10 2009 010 897 A1 a control cabinet is known with a plurality of switching devices arranged inside the control cabinet, the respective connection pieces of which are at least partially connected to bus conductors via connecting conductors, and / or with a plurality of further control cabinet components with a high local heat loss as heat sources. At least some of the connecting pieces of the switching devices, at least some of the connecting conductors, at least some of the busbars and / or at least some of the other switch cabinet components for local cooling are each connected in a thermally conductive manner to a first end of a heat pipe operating according to the capillary principle.

Aus der DE 20 2012 102 013 U1 ist ein Wärmerohr zur Kühlung einer elektrischen Baugruppe bekannt. Aus der US 2013/0267115 A1 ist eine aktive Kühlung einer elektrischen Verbindung mittels eines Hilfsmittels bekannt.From the DE 20 2012 102 013 U1 a heat pipe for cooling an electrical assembly is known. From the US 2013/0267115 A1 an active cooling of an electrical connection by means of an aid is known.

Aus der JP 2005-056770 A ist ein weiterer elektrischer Verbinder mit integrierten Kühlkanälen bekannt.From the JP 2005-056770 A Another electrical connector with integrated cooling channels is known.

Aus der DE 199 21 310 A1 ist eine elektrische Vorrichtung mit einem mehrere Adern und eine Kabelhülle umfassenden Kabel bekannt, wobei im Kabel ein zentraler, sich in Kabellängsrichtung erstreckender, von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal angeordnet ist.From the DE 199 21 310 A1 an electrical device with a cable comprising a plurality of cores and a cable sheath is known, a central cooling channel extending in the longitudinal direction of the cable and through which a cooling medium can flow is arranged in the cable.

Weitere elektrische Verbinder mit Kühlung sind aus der US 5 229 545 A , der DE 12 66 383 A und der DE 10 2010 050 562 B3 bekannt.Further electrical connectors with cooling are from the U.S. 5,229,545 A , the DE 12 66 383 A and the DE 10 2010 050 562 B3 known.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine elektrische Kontaktverbindung zu schaffen, die eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht sowie einen hierfür geeigneten elektrischen Kontakt zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the technical problem of creating an electrical contact connection which enables improved heat dissipation and of providing an electrical contact suitable for this purpose.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine elektrische Kontaktverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen elektrischen Kontakt mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from an electrical contact connection with the features of claim 1 and an electrical contact with the features of claim 9. Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Hierzu umfasst die elektrische Kontaktverbindung einen ersten Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt, deren Kontaktgeometrien derart aufeinander abgestimmt sind, um eine elektrische Kontaktverbindung zu bilden, wobei mindestens der erste elektrische Kontakt als Wärmerohr ausgebildet ist oder ein Wärmerohr aufweist. Dabei weist das Wärmerohr eine Doppelfunktion auf, nämlich es bildet selbst den Kontakt und führt gleichzeitig die Wärme ab, was einen sehr kompakten Aufbau ermöglicht und die Wärmeabfuhr direkt an der Kontaktstelle ermöglicht. Die elektrische Kontaktverbindung ist vorzugsweise eine lösbare Kontaktverbindung, insbesondere eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Schraubverbindung oder eine federnde Verbindung. Vorzugsweise ist das Wärmerohr als Heatpipe ausgeführt, sodass der Rücktransport des Mediums unabhängig vom Einbauort sichergestellt ist.For this purpose, the electrical contact connection comprises a first contact and a second electrical contact, the contact geometries of which are matched to one another in such a way as to form an electrical contact connection, at least the first electrical contact being designed as a heat pipe or having a heat pipe. The heat pipe has a double function, namely it forms the contact itself and at the same time dissipates the heat, which enables a very compact design and enables heat to be dissipated directly at the contact point. The electrical contact connection is preferably a releasable contact connection, in particular a form-fitting and / or force-fitting connection, for example a screw connection or a resilient connection. The heat pipe is preferably designed as a heat pipe so that the The return transport of the medium is ensured regardless of the installation location.

In einer Ausführungsform ist der erste Kontakt als Gewindestift ausgebildet, wobei das Gewinde in die äußere Ummantelung des Wärmerohrs eingeschnitten ist.In one embodiment, the first contact is designed as a threaded pin, the thread being cut into the outer casing of the heat pipe.

Alternativ weist der elektrische Kontakt einen Gewindestift mit einem Hohlraum auf, in dem das Wärmerohr angeordnet ist, vorzugsweise eingeklebt ist.Alternatively, the electrical contact has a threaded pin with a cavity in which the heat pipe is arranged, preferably glued in.

Der zweite Kontakt ist dabei in einer Ausführungsform mindestens zweiteilig ausgebildet, wobei ein erstes Kontaktteil eine an dem Durchmesser des Gewindestiftes angepasste Öffnung aufweist, um auf den Gewindestift aufgesteckt zu werden, wobei ein zweites Kontaktteil als Mutter ausgebildet ist.In one embodiment, the second contact is designed in at least two parts, a first contact part having an opening adapted to the diameter of the threaded pin in order to be slipped onto the threaded pin, a second contact part being designed as a nut.

In einer weiteren Ausführungsform weist das erste Kontaktteil des zweiten elektrischen Kontaktes einen Kabelschuh auf, an den sich eine Lasche anschließt, die die Öffnung aufweist.In a further embodiment, the first contact part of the second electrical contact has a cable lug, which is adjoined by a tab which has the opening.

In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Kontakt einen Kontaktpin auf, der als Wärmerohr ausgebildet ist.In a further embodiment, the first contact has a contact pin which is designed as a heat pipe.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Kontaktpin mit einem Kabelschuh verbunden, wobei die Verbindung beispielsweise durch einen elektrisch leitenden Kleber oder durch Ultraschall-Schweißen hergestellt wird.In a further embodiment, the contact pin is connected to a cable lug, the connection being made, for example, by an electrically conductive adhesive or by ultrasonic welding.

In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Kontakt einen Federkontakt auf, in den der Kontaktpin gesteckt ist.In a further embodiment, the second contact has a spring contact into which the contact pin is inserted.

Ein bevorzugte Ausführungsgebiet der Erfindung ist der Einsatz bei elektrisch en Kontaktverbindungen in elektrischen Traktionsnetzen eines Kraftfahrzeugs.A preferred embodiment of the invention is its use in electrical contact connections in electrical traction networks of a motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine elektrische Kontaktverbindung in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen ersten elektrischen Kontakt in einer zweiten Ausführungsform und
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine elektrische Kontaktverbindung in einer zweiten Ausführungsform.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 a schematic sectional view through an electrical contact connection in a first embodiment,
  • 2 a schematic sectional view through a first electrical contact in a second embodiment and
  • 3 a schematic sectional view through an electrical contact connection in a second embodiment.

In der 1 ist eine elektrische Kontaktverbindung 1 dargestellt. Die elektrische Kontaktverbindung 1 umfasst einen ersten elektrischen Kontakt 2 und einen zweiten elektrischen Kontakt 3. Der erste elektrische Kontakt 2 ist als Wärmerohr 4 ausgebildet, insbesondere als Heatpipe. Das Wärmerohr 4 weist eine äußere Ummantelung 5 auf, in die teilweise ein Gewinde 6 eingeschnitten ist. Das Wärmerohr 4 ist dabei L-förmig ausgebildet und in einem Gehäuse 7 gelagert, wobei der Teil des Wärmerohrs 4 mit dem Gewinde 6 durch eine Öffnung in dem Gehäuse 7 herausgeführt ist. Das Gehäuse 7 ist vorzugsweise aus Kunststoff. Der zweite elektrische Kontakt 3 weist ein erstes Kontaktteil 8 auf, das einen Kabelschuh 9 und eine Lasche 10 mit einer Öffnung aufweist, um die Lasche 10 auf das Wärmerohr 4 aufzustecken. Der zweite elektrische Kontakt 3 weist ein zweites Kontaktteil 11 auf, das als Mutter ausgebildet ist. Zur elektrischen und mechanischen Verbindung eines Kabels 12 mit dem Wärmerohr 4 wird die Mutter auf das Gewinde 6 aufgeschraubt. Dabei kann zur Vergrößerung der elektrischen Kontaktfläche ein drittes Kontaktteil 13 zwischen dem Gehäuse 7 und der Lasche 10 auf das Wärmerohr 4 aufgesteckt werden. Die an der Kontaktstelle auftretende Wärme wird dann durch das Wärmerohr 4 direkt zu einem Kondensator 14 des Wärmerohres 4 abgeleitet. An dem Kondensator 14 können dann oberflächenvergrößernde Elemente angeordnet sein (Kühlrippen) und/oder die Wärme kann über einen Lüfter abgeführt werden.In the 1 is an electrical contact connection 1 shown. The electrical contact connection 1 comprises a first electrical contact 2 and a second electrical contact 3 . The first electrical contact 2 is as a heat pipe 4th designed, in particular as a heat pipe. The heat pipe 4th has an outer sheath 5 on, in which partially a thread 6th is incised. The heat pipe 4th is L-shaped and in a housing 7th stored, the part of the heat pipe 4th with the thread 6th through an opening in the housing 7th is led out. The case 7th is preferably made of plastic. The second electrical contact 3 has a first contact part 8th on that a cable lug 9 and a tab 10 with an opening to the tab 10 on the heat pipe 4th to put on. The second electrical contact 3 has a second contact part 11 on, which is trained as a mother. For the electrical and mechanical connection of a cable 12th with the heat pipe 4th gets the nut on the thread 6th unscrewed. A third contact part can be used to enlarge the electrical contact area 13th between the housing 7th and the tab 10 on the heat pipe 4th be attached. The heat generated at the contact point is then transmitted through the heat pipe 4th directly to a capacitor 14th of the heat pipe 4th derived. On the capacitor 14th surface-enlarging elements can then be arranged (cooling fins) and / or the heat can be dissipated via a fan.

In der 2 ist eine alternative Ausführungsform für den ersten elektrischen Kontakt 2 dargestellt. Der erste elektrische Kontakt 2 weist einen Gewindestift 15 mit einem Hohlraum auf, in dem das Wärmerohr 4 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Wärmerohr 4 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers in den Hohlraum eingeklebt. Dies erspart das Einschneiden eines Gewindes in die äußere Ummantelung des Wärmerohrs 4.In the 2 is an alternative embodiment for the first electrical contact 2 shown. The first electrical contact 2 has a threaded pin 15th with a cavity in which the heat pipe 4th is arranged. For example, is the heat pipe 4th glued into the cavity by means of an electrically conductive adhesive. This saves cutting a thread into the outer casing of the heat pipe 4th .

In der 3 ist eine alternative elektrische Kontaktanordnung 1 dargestellt. Der erste elektrische Kontakt 2 weist ein Wärmerohr 4 auf, das mit einem Kabelschuh 16 elektrisch und mechanisch verbunden ist. Die Verbindung wird beispielsweise durch Ultraschall-Schweißen oder Kleben hergestellt. Dies reduziert thermischen und mechanisch en Stress am Wärmerohr 4. Der zweite elektrische Kontakt 3 umfasst einen Crimp-Kontakt 17 und einen Federkontakt 18.In the 3 is an alternative electrical contact arrangement 1 shown. The first electrical contact 2 exhibits a heat pipe 4th on that with a cable lug 16 is electrically and mechanically connected. The connection is made, for example, by ultrasonic welding or gluing. This reduces thermal and mechanical stress on the heat pipe 4th . The second electrical contact 3 includes a crimp contact 17th and a spring contact 18th .

Der zweite elektrische Kontakt 3 ist dabei in einem Gehäuse 19 angeordnet, das den zweiten elektrischen Kontakt 3 mechanisch abstützt. Ein elektrisches Kabel 12 ist über den Crimp-Kontakt 17 oder einen ähnlichen Kontakt mit dem zweiten elektrischen Kontakt 3 elektrisch verbunden. Das Wärmerohr 4 des ersten elektrischen Kontakts 2 ist dann als Kontaktpin in den Federkontakt 18 eingesteckt. Ein weiteres elektrisches Kabel 20 ist dann mit dem Kabelschuh 16 des ersten elektrischen Kontakts 2 verbunden. Der Strom fließt dabei über die äußere Ummantelung 5 des Wärmerohres 4.The second electrical contact 3 is in one housing 19th arranged that the second electrical contact 3 mechanically supported. An electrical cable 12th is about the crimp contact 17th or a similar contact with the second electrical contact 3 electrically connected. The heat pipe 4th of the first electrical contact 2 is then in the spring contact as a contact pin 18th plugged in. Another electrical cable 20th is then with the cable lug 16 of the first electrical contact 2 connected. The current flows through the outer casing 5 of the heat pipe 4th .

Das Wärmerohr 4 übernimmt dabei immer eine Doppelfunktion, nämlich es ist Bestandteil oder bildet den elektrischen Kontakt, d.h. es führt den Strom und bildet gleichzeitig eine Wärmesenke.The heat pipe 4th Always takes on a double function, namely it is a component or forms the electrical contact, ie it carries the current and at the same time forms a heat sink.

Claims (9)

Elektrische Kontaktverbindung (1), umfassend einen ersten elektrischen Kontakt (2) und einen zweiten elektrischen Kontakt (3), deren Kontaktgeometrien derart aufeinander abgestimmt sind, um eine elektrische Kontaktverbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der erste elektrische Kontakt (2) als Wärmerohr (4) ausgebildet ist oder ein Wärmerohr (4) aufweist, das elektrisch mit dem zweiten elektrischen Kontakt (3) verbunden ist.Electrical contact connection (1), comprising a first electrical contact (2) and a second electrical contact (3), the contact geometries of which are matched to one another in such a way as to form an electrical contact connection, characterized in that at least the first electrical contact (2) as Heat pipe (4) is formed or has a heat pipe (4) which is electrically connected to the second electrical contact (3). Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (2) als Gewindestift ausgebildet ist, wobei das Gewinde (6) in die äußere Ummantelung (5) des Wärmerohrs (4) eingeschnitten ist.Electrical contact connection according to Claim 1 , characterized in that the first contact (2) is designed as a threaded pin, the thread (6) being cut into the outer casing (5) of the heat pipe (4). Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Kontakt (2) einen Gewindestift (15) mit einem Hohlraum aufweist, in dem das Wärmerohr (4) angeordnet ist.Electrical contact connection according to Claim 1 , characterized in that the first electrical contact (2) has a threaded pin (15) with a cavity in which the heat pipe (4) is arranged. Elektrische Kontaktverbindung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Kontakt (3) mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erstes Kontaktteil (8) eine den Durchmesser des Gewindestiftes (15) angepasste Öffnung aufweist, um auf dem Gewindestift (15) aufgesteckt zu werden, wobei ein zweites Kontaktteil (11) als Mutter ausgebildet ist.Electrical contact connection according to one of the Claims 2 and 3 , characterized in that the second electrical contact (3) is designed in at least two parts, a first contact part (8) having an opening adapted to the diameter of the threaded pin (15) in order to be plugged onto the threaded pin (15), a second Contact part (11) is designed as a nut. Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktteil (8) einen Kabelschuh (9) aufweist, an den sich eine Lasche (10) anschließt, die die Öffnung aufweist.Electrical contact connection according to Claim 4 , characterized in that the first contact part (8) has a cable lug (9), which is followed by a tab (10) which has the opening. Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (2) einen Kontaktpin aufweist, der als Wärmerohr (4) ausgebildet ist.Electrical contact connection according to Claim 1 , characterized in that the first contact (2) has a contact pin which is designed as a heat pipe (4). Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpin mit einem Kabelschuh (16) verbunden ist.Electrical contact connection according to Claim 6 , characterized in that the contact pin is connected to a cable lug (16). Elektrische Kontaktverbindung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontakt (3) einen Federkontakt (18) aufweist, in den der Kontaktpin gesteckt ist.Electrical contact connection according to Claim 6 or 7th , characterized in that the second contact (3) has a spring contact (18) into which the contact pin is inserted. Elektrischer Kontakt (2), wobei der elektrische Kontakt (2) als Wärmerohr (4) ausgebildet ist oder ein Wärmerohr (4) aufweist, wobei in eine äußere Ummantelung (5) des Wärmerohrs (4) ein Gewinde (6) geschnitten ist oder das Wärmerohr (4) in einem Gewindestift (15) elektrisch leitend verbunden mit dem Gewindestift (15) angeordnet ist.Electrical contact (2), the electrical contact (2) being designed as a heat pipe (4) or having a heat pipe (4), a thread (6) being cut into an outer casing (5) of the heat pipe (4) or The heat pipe (4) is arranged in a threaded pin (15) in an electrically conductive manner connected to the threaded pin (15).
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