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Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solches Steckverbinderteil umfasst ein Gehäuse, das einen Steckabschnitt zum steckenden Verbinden mit dem Gegensteckverbinderteil aufweist, und zumindest ein an dem Steckabschnitt angeordnetes Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren mit einem zugeordneten Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils.
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Ein solches Steckverbinderteil kann insbesondere als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. In diesem Fall ist beispielsweise ein Kabel einerseits an eine Ladestation angeschlossen und trägt andererseits das Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
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Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 300 A oder gar 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können.
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Ein aus der
DE 10 2010 007 975 B4 bekanntes Ladekabel weist eine Kühlleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlleitung der
DE 10 2010 007 975 B4 dient hierbei zum einen zum Abführen von an einem Energiespeicher eines Fahrzeugs entstehender Verlustwärme, zudem aber auch zum Kühlen des Kabels an sich.
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Bei einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs entsteht Wärme nicht nur an dem Kabel, mit dem ein Ladestecker beispielsweise mit einer Ladestation verbunden ist, sondern auch an dem Ladestecker und insbesondere innerhalb des Ladesteckers beispielsweise an Kontaktelementen, über die ein elektrischer Kontakt mit zugeordneten Gegenkontaktelementen beispielsweise auf Seiten einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug hergestellt wird, wenn der Ladestecker in die Ladebuchse eingesteckt ist. Solche Kontaktelemente, die aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial, beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff, gefertigt sind, erwärmen sich, wenn ein Ladestrom über die Kontaktelemente fließt, wobei grundsätzlich die Kontaktelemente in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Ladestroms so zu dimensionieren sind, dass die Kontaktelemente eine hinreichende Stromtragfähigkeit aufweisen und eine Erwärmung an den Kontaktelementen begrenzt ist. Hierbei gilt, dass ein Kontaktelement umso größer zu dimensionieren ist, je größer der zu übertragende Ladestrom ist.
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Einer Skalierung der Kontaktelementgröße mit steigendem Ladestrom sind jedoch aufgrund des damit einhergehenden Bauraumbedarfs, des Gewichts und der Kosten Grenzen gesetzt. Es besteht daher ein Bedürfnis danach, einen großen Ladestrom mit einem vergleichsweise klein dimensionierten Kontaktelement zu übertragen.
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Bei einem aus der
WO 2015/119791 A1 bekannten Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sind innerhalb eines Ladekabels Kühlmittelleitungen geführt, über die Wärme auch aus dem Bereich eines an das Ladekabel angeschlossenen Steckverbinderteils abgeführt werden kann.
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Bei einem aus der
US 8,835,782 bekannten Kontaktelement sind Kühlrippen an einem Schaft des Kontaktelements angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbinderteil mit einem Kontaktelement zur Verfügung zu stellen, das eine große Stromtragfähigkeit beispielsweise zur Verwendung in einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs aufweisen kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach umfasst das Steckverbinderteil ein an dem zumindest einen Kontaktelement angeordnetes Kühlelement, das eine Mehrzahl von entlang einer Flussrichtung erstreckten Leitelementen aufweist, und ein Strömungselement, an das eine Kühlmittelleitung angeschlossen und das dazu ausgestaltet ist, dem Kühlelement ein gasförmiges Kühlmittel zum Strömen in die Flussrichtung entlang der Mehrzahl von Leitelementen zuzuleiten.
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Demnach ist an einem oder an mehreren Kontaktelementen des Steckverbinderteils ein Kühlelement vorgesehen, über das eine aktive Kühlung bereitgestellt werden kann. Das Kühlelement umfasst Leitelemente, die zum Leiten des gasförmigen Kühlmittels, zum Beispiel Luft, entlang des jeweils zugeordneten Kontaktelements dienen und beispielsweise die Form von Kühlblechen oder Kühlrippen aufweisen können. Über das Strömungselement wird Kühlmittel hin zu dem Kühlelement geleitet, sodass zugeleitetes Kühlmittel in die Strömungsrichtung entlang der Leitelemente des Kühlelements strömt und somit Wärme an dem Kontaktelement aufnehmen und von dem Kontaktelement ableiten kann.
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Das Kontaktelement kann beispielsweise eine zylindrische Grundform aufweisen, mit einem entlang einer Längsachse erstreckten, zylindrischen Schaftabschnitt, an den beispielsweise eine zugeordnete Lastleitung zum Führen eines elektrischen Stroms angeschlossen ist. Das Kontaktelement kann beispielsweise als Kontaktbuchse oder als Kontaktstift ausgebildet sein. Eine Kontaktbuchse kann beispielsweise durch (zumindest in gewissem Grade) elastisch federnde Kontaktlamellen gebildet sein, die eine Kontaktöffnung ausbilden, in die ein Kontaktstift eingesteckt werden kann, um eine elektrische Kontaktierung herzustellen.
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Das Kühlelement kann beispielsweise an dem Schaftabschnitt des zugeordneten Kontaktelements angeordnet sein. Der Schaftabschnitt ist beispielsweise massiv aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Kupferwerkstoff hergestellt. Über das an dem Schaftabschnitt angeordnete Kühlelement kann Wärme von dem Schaftabschnitt abgeleitet und somit eine Kühlung an dem Kontaktelement bereitgestellt werden.
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Unterschiedliche Varianten von Kühlelementen sind denkbar und möglich. Diese unterschiedlichen Varianten können unterschiedlich gerichtete Leitelemente aufweisen, sodass ein Kühlmittelstrom entlang unterschiedlicher Flussrichtungen entlang des Kontaktelements geleitet werden kann, um Wärme von dem jeweils zugeordneten Kontaktelement abzutransportieren.
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In einer ersten Variante kann die Flussrichtung beispielsweise senkrecht zur Längsachse des zylindrischen Schaftabschnitts, an dem das Kühlelement angeordnet ist, gerichtet sein. Die Leitelemente können beispielsweise durch flächig erstreckte Plattenelemente, zum Beispiel in Form von Kühlblechen, ausgebildet sein, die sich parallel zueinander entlang von senkrecht zur Längsachse gerichteten Ebenen erstrecken. Die Leitelemente sind in diesem Fall entlang der Längsachse axial zueinander beabstandet und weisen beispielsweise jeweils eine zentrale Öffnung auf, durch die hindurch sich der Schaftabschnitt erstreckt. Zwischen den Leitelementen hindurch kann Kühlmittel strömen, wobei durch geeignete Zuleitung des Kühlmittels über das Strömungselement das Kühlmittel in die Flussrichtung entlang der Leitelemente strömt und den Schaftabschnitt des Kontaktelements umstreift, sodass Wärme an den Leitelementen und an dem Schaftabschnitt aufgenommen und abtransportiert werden kann.
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Die Leitelemente können beispielsweise jeweils eine quadratische Plattenform aufweisen, können grundsätzlich aber auch eine andere Form, beispielsweise eine rechteckige, runde oder ovale Form, aufweisen.
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In einer zweiten Variante ist die Flussrichtung parallel zur Längsachse des zylindrischen Schaftabschnitts gerichtet. Das Kühlmittel umströmt das Kontaktelement somit in Längsrichtung, und entsprechend sind die Leitelemente geformt und gerichtet, um das Kühlmittel entlang des Schaftabschnitts des Kontaktelements zu leiten.
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Beispielsweise können die Leitelemente in diesem Fall entlang von radialen Ebenen, die jeweils durch die Längsachse und eine Radialrichtung radial zur Längsachse aufgespannt sind, erstrecken. Die Leitelemente sind in Umfangsrichtung um die Längsachse zueinander beabstandet und können beispielsweise, in einer konkreten Ausführungsform, gleichverteilt um den Schaftabschnitt angeordnet sein. Zwischen den Leitelementen hindurch kann das Kühlmittel, beispielsweise Luft, geleitet werden, um längs entlang des Schaftabschnitts des Kontaktelements zu strömen.
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In einer dritten Variante kann das Kühlelement eine Hülsenform aufweisen, mit einem massiven Körper und daran ausgebildeten Leitelementen in Form von längs entlang der Längsachse des Schaftabschnitts erstreckten, radial vorstehenden Kühlrippen. Das Kühlelement weist somit eine gerändelte Form mit an der äußeren Umfangsfläche des Kühlelements erstreckten Kühlrippen auf, entlang derer das Kühlmittel, zum Beispiel Luft, strömen kann, um Wärme an dem Kühlelement aufzunehmen. In dieser Variante wird Wärme von dem Schaftabschnitt des Kontaktelements an das Kühlelement abgegeben, und durch Umströmen des Kühlelements mit dem Kühlmittel wird Wärme aufgenommen und von dem Kühlelement abtransportiert.
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Das gasförmige Kühlmittel, zum Beispiel Luft, kann auf unterschiedliche Weise zugeführt werden. So kann beispielsweise bei der ersten Variante das Strömungselement ein Haubenelement aufweisen und mit dem Haubenelement an die Leitelemente angesetzt sein, um über das Haubenelement Kühlmittel hin zu den Leitblechen zu leiten. An das Haubenelement ist über einen Einlassstutzen die Kühlmittelleitung angeschlossen, sodass über die Kühlmittelleitung Kühlmittel in das Haubenelement des Strömungselements geleitet und über das Strömungselement hin zu den Leitelementen des Kühlelements gelenkt werden kann. Das Haubenelement kann beispielsweise die Leitelemente übergreifen, indem die Leitelemente mit je einer Kante in das Haubenelement eingesetzt sind, sodass das Kühlelement aus dem Haubenelement hin zu den Leitelementen strömen kann.
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Alternativ kann das Strömungselement auch ein Düsenelement aufweisen, das hin zu den Leitelementen gerichtet ist, um Kühlmittel, beispielsweise Luft, hin zu den Leitelementen zu blasen. Das Düsenelement ist mit der Kühlmittelleitung strömungsverbunden und dient dazu, das Kühlmittel von der Kühlmittelleitung hin zu den Leitelementen des Kühlelements zu lenken. Auf diese Weise kann, beispielsweise bei der zweiten Variante des Kühlelements, Kühlmittel gezielt in die Flussrichtung hin zum Kühlelement geleitet werden.
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Wiederum alternativ kann das Strömungselement die Form eines zylindrischen Hülsenkörpers aufweisen, der auf das Kühlelement aufgesteckt ist. Über einen Einlassstutzen an dem Strömungselement ist das Strömungselement mit der Kühlmittelleitung verbunden, sodass Kühlmittel über den Einlassstutzen in das Strömungselement eingeleitet werden kann. Über das Strömungselement wird das Kühlmittel hin zu dem Kühlelement und entlang der Leitelemente des Kühlelements geleitet, sodass das Kühlmittel die Leitelemente in die Flussrichtung umströmt. Ein solches Strömungselement in Form eines zylindrischen Hülsenkörpers kann beispielsweise bei der dritten Variante des Kühlelements eingesetzt werden, indem das hülsenförmige Strömungselement auf das Kühlelement aufgesteckt ist.
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Das Strömungselement dient dazu, Kühlmittel, zum Beispiel Luft, von der Kühlmittelleitung hin zu den Leitelementen des Kühlelements zu lenken. Das Kühlmittel umströmt auf seinem Weg die Leitelemente des Kühlelements und umströmt das Kontaktelement, sodass Wärme an den Leitelementen und an dem Kontaktelement aufgenommen und abgeleitet werden kann. Die Leitelemente können hierbei nach außen hin offen sein, sodass Kühlmittel zwischen den Leitelementen nach außen austreten kann. Das Kühlelement ist somit nicht gekapselt und nach außen hin fluiddicht abgeschlossen.
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Um hierbei ein Auslassen des Kühlmittels aus dem Gehäuse des Steckverbinderteils zu ermöglichen, kann eine Auslasseinrichtung vorgesehen sein, die auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein kann.
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In einer ersten Variante kann beispielsweise eine Öffnung an dem Gehäuse des Steckverbinderteils vorgesehen sein, die ein Austreten des Kühlmittels aus dem Gehäuse ermöglicht. Das Kühlmittel kann somit aus dem Gehäuse ausgeblasen werden, wobei die Auslasseinrichtung in diesem Fall beispielsweise durch ein Ventil verwirklicht sein kann, das ein Austreten von Kühlmittel aus dem Gehäuse heraus ermöglicht, ein Eintreten von Nässe oder Schmutz von außen in das Gehäuse jedoch verhindert.
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In alternativer Ausgestaltung kann das Kühlmittel, zum Beispiel Luft, auch über eine Rückflussleitung innerhalb eines mit dem Steckverbinderteil verbundenen Kabels abgeleitet werden. Die Rückflussleitung saugt das Kühlmittel aus dem Gehäuse an und leitet dieses zurück durch das Kabel beispielsweise hin zu einer Ladestation, an die das Steckverbinderteil über das Kabel angeschlossen ist.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs;
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2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers;
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3 eine andere perspektivische Ansicht des Steckverbinderteils;
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4 eine Ansicht einer Baugruppe des Steckverbinderteils, mit an einem Steckabschnitt angeordneten Kontaktelementen;
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5A eine Ansicht der Baugruppe gemäß 4, mit an den Kontaktelementen angeordneten Kühlelementen, nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
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5B eine gesonderte Ansicht der Kontaktelemente mit daran angeordneten Kühlelementen;
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6A eine Ansicht der Baugruppe gemäß 4, mit an den Kontaktelementen angeordneten Kühlelementen, nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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6B eine gesonderte Ansicht der Kontaktelemente mit daran angeordneten Kühlelementen;
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7A eine Ansicht der Baugruppe gemäß 4, mit an den Kontaktelementen angeordneten Kühlelementen, nach einem dritten Ausführungsbeispiel; und
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7B eine gesonderte Ansicht der Kontaktelemente mit daran angeordneten Kühlelementen.
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1 zeigt eine Ladestation 1, die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Die Ladestation 1 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms zur Verfügung zu stellen und weist ein Kabel 2 auf, das mit einem Ende 201 mit der Ladestation 1 und mit einem anderen Ende 200 mit einem Steckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
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Wie aus der vergrößerten Ansicht gemäß 2 ersichtlich, weist das Steckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Steckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 40 in Form einer Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 in Eingriff gebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Ladestation 1 elektrisch mit dem Fahrzeug 4 verbunden werden, um Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 zu übertragen.
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Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 z.B. im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 200 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 350 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und auch am Steckverbinderteil 3 sowie der Ladebuchse 40 zu thermischen Verluste, die zu einem Erwärmen des Kabels 2, des Steckverbinderteils 3 und der Ladebuchse 40 führen können.
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Das Steckverbinderteil 3 weist, an seinen Steckabschnitten 300, 301, eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf. Beispielsweise können an dem Steckabschnitt 301 zwei Kontaktelemente zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms angeordnet sein, während an dem Steckabschnitt 300 beispielsweise fünf Kontaktelemente zur Bereitstellung von fünf Lastkontakten vorgesehen sind, um einen (z.B. mehrphasigen) Wechselstrom zu übertragen.
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Bei einem konkreten, in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 3 sind an einem unteren Steckabschnitt 301 innerhalb von zwei Steckzapfen 302 Kontaktelemente 31A, 31B angeordnet, die zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms dienen. An dem anderen, oberen Steckabschnitt 300 sind demgegenüber in Steckzapfen 303 Kontaktelemente 32 angeordnet, die zum Übertragen eines Wechselstroms dienen. Das Steckverbinderteil 3 ist als so genannter Kombi-Stecker ausgebildet, der wahlweise zum Übertragen von Gleichströmen oder Wechselströmen dienen kann.
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Wie schematisch in 3 dargestellt, können die Kontaktelemente 31A, 31B an dem Steckabschnitt 301 des Steckverbinderteils 3 in eine Einsteckrichtung E mit Gegenkontaktelementen 400 in Form von Kontaktstiften auf Seiten der Ladebuchse 40 steckend in Eingriff gebracht werden, um die Kontaktelemente 31A, 31B mit den Gegenkontaktelementen 400 elektrisch zu kontaktieren.
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In dem Kabel 2 sind Lastleitungen 20, 21 geführt, die zum Übertragen eines Laststroms hin zu dem Steckverbinderteil 3 dienen. Mit jedem Kontaktelement 31A, 31B ist eine Lastleitung 20 verbunden. Eine weitere Lastleitung 21 dient zum Bestromen der Kontaktelemente 32 an dem anderen, oberen Steckabschnitt 300. Eine Signalleitung 22 dient zum Übertragen von Signalen zwischen Signalkontakten an dem oberen Steckabschnitt 300 und der Ladestation 1.
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Die Kontaktelemente 31A, 31B an dem unteren Steckabschnitt 301 dienen zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms und sind im Betrieb mit hoher Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder gar größer als 300 A, beaufschlagt. Die Kontaktelemente 31A, 31B, die über eine Trennwand 304 räumlich voneinander getrennt sind, sollen daher gekühlt werden, um an diesen Kontaktelementen 31A, 31B eine effektive Wärmeabfuhr bereitzustellen, die ein übermäßiges Erhitzen der Kontaktelemente 31A, 31B im Betrieb verhindert. Dies ermöglicht, die Kontaktelemente 31A, 31B (vergleichsweise) klein zu dimensionieren, bei dennoch hoher Stromtragfähigkeit.
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Unterschiedliche Ausführungsbeispiele von an den Kontaktelementen 31A, 31B angeordneten Kühlungseinrichtungen zeigen 5A, 5B, 6A, 6B und 7A, 7B. Bei sämtlichen dieser Ausführungsbeispiele ist an einem an einen Buchsenabschnitt 310 anschließenden Schaftabschnitt 311 eines jeden Kontaktelements 31A, 31B ein Kühlelement 34A, 34B angeordnet, das Leitelemente 340 aufweist und im Betrieb mit einem über eine Kühlmittelleitung 23 zugeführten Kühlmittel, zum Beispiel Luft, umströmt wird. Die Leitelemente 340 bewirken, dass das gasförmige Kühlmittel vorwiegend entlang einer vordefinierten Flussrichtung F entlang des Schaftabschnitts 311 des jeweiligen Kontaktelements 31A, 31B strömt, um Wärme an dem Kontaktelement 31A, 31B aufzunehmen und von dem Kontaktelement 31A, 31B abzuführen.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen wird ein offener Kreislauf bereitgestellt, bei dem Kühlmittel über eine Kühlmittelleitung 23 zugeführt wird, in nicht gekapselter Weise – geleitet über die Leitelemente 340 – entlang des jeweils zugeordneten Kontaktelements 31A, 31B strömt und sodann aus dem Gehäuse 30 der Steckverbinderteils 3 abgeleitet wird. Die Ableitung kann hierbei über eine Auslasseinrichtung 35 (siehe 3) beispielsweise in Form eines Ventils an dem Gehäuse 30 erfolgen, sodass Kühlmittel an dem Gehäuse 30 aus dem Steckverbinderteil 3 austreten kann. Denkbar und möglich ist aber auch, in dem Kabel 2 eine gesonderte Rückflussleitung vorzusehen, über die das Kühlmittel aus dem Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 abgesogen werden kann, um das Kühlmittel zurück zur Ladestation 1 zu leiten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5A, 5B weist das Kühlelement 34A, 34B eines jeden Kontaktelements 31A, 31B eine Mehrzahl von plattenförmigen Leitelementen 340 in Form von Kühlblechen auf, die parallel zueinander quer zur Längsachse L des in seiner Grundform zylindrischen Kontaktelements 31A, 31B angeordnet sind. Die Leitelemente 340 sind zum Beispiel über ein geeignetes Verbindungselement an dem Schaftabschnitt 311 angeordnet, indem der Schaftabschnitt 311 zentrale Öffnungen 341 in den plattenförmigen Leitelementen 340 durchgreift, und können beispielsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Metall hergestellt sein, sodass die Leitelemente 340 Wärme von dem Schaftabschnitt 311 aufnehmen können.
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Die Leitelemente 340 sind entlang der Längsachse L zueinander beabstandet und weisen eine quadratische Form auf. An obere Kanten der Leitelemente 340 ist ein Strömungselement 33A, 33B mit einem Haubenelement 332 angesetzt, an das ein Einlassstutzen 330 angeformt ist, über den das Strömungselement 33A, 33B mit einem Abschnitt 23A, 23B der Kühlmittelleitung 23 verbunden ist. Die Strömungselemente 33A, 33B der Kühlelemente 34A, 34B der beiden Kontaktelemente 31A, 31B sind hierbei mit parallelen Abschnitten 23A, 23B der Kühlmittelleitung 23 verbunden, sodass die Strömungselemente 33A, 33B über eine einzige, verzweigte Kühlmittelleitung 23 gespeist werden.
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Über die Strömungselemente 33A, 33B wird Kühlmittel, z.B. Luft, in den Bereich der Leitelemente 340 der Kühlelemente 34A, 34B geleitet, sodass das Kühlmittel in die Flussrichtung F zwischen den Leitelementen 340 hindurch strömt. Das Kühlmittel umströmt somit den Schaftabschnitt 311 eines jeden Kontaktelements 31A, 31B, indem das Kühlmittel zwischen den Leitelementen 340 hindurch strömt und durch die Leitelemente 340 geleitet wird. Das Kühlmittel nimmt Wärme an den Kontaktelementen 31A, 31B, aber auch an den Leitelementen 340 auf, die mit den Kontaktelementen 31A, 31B in Wärmeverbindung stehen. Das Kühlmittel strömt dann beispielsweise über eine Auslasseinrichtung 35 an dem Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 aus dem Gehäuse 30 aus, sodass ein offener Kreislauf bereitgestellt wird.
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Während die Leitelemente 340 beispielsweise als Kühlbleche aus Metall gefertigt sein können, ist das Strömungselement 33A, 33B eines jeden Kontaktelements 31A, 31B beispielsweise als Kunststoffformteil geformt. Das Haubenelement 332 eines jeden Strömungselements 33A, 33B ist hierbei so geformt, dass das Kühlmittel zwischen die in das Haubenelement 332 eingesetzten Leitelemente 340 geleitet wird.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen 6A, 6B. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kühlelemente 34A, 34B an dem Schaftabschnitt 311 der Kontaktelemente 31A, 31B als radial vorstehende, plattenförmige Leitelemente 340 ausgebildet, die über eine Zylinderbuchse 342 an dem Schaftabschnitt 311 des jeweils zugeordneten Kontaktelements 31A, 31B befestigt sind. Die flossenartig vorstehenden Leitelemente 340 erstrecken sich in Ebenen, die durch die Längsachse L des zugeordneten Kontaktelements 31A, 31B und Radialrichtungen radial zur Längsachse L aufgespannt sind. Die Leitelemente 340 sind hierbei entlang einer Umfangsrichtung um die Längsachse L zueinander beabstandet und im Wesentlichen gleichverteilt um den Schaftabschnitt 311 angeordnet.
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Die Leitelemente 340 werden über die Zylinderbuchse 342 in Position zueinander gehalten und sind über die Zylinderbuchse 342 mit dem Schaftabschnitt 311 verbunden. Sowohl die Leitelemente 340 als auch die Zylinderbuchse 342 sind hierbei beispielsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gefertigt, sodass Wärme von dem Schaftabschnitt 311 hin zu den Leitelementen 340 geleitet werden kann.
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Einem jeden Kühlelement 34A, 34B ist ein Strömungselement 33A, 33B zugeordnet, das ein Düsenelement 333 aufweist und mit einem Abschnitt 23A, 23B der Kühlmittelleitung 23 strömungsverbunden ist. Die den beiden Kühlelementen 34A, 34B zugeordneten Düsenelemente 333 sind beidseits der Trennwand 304 angeordnet und mit dieser verbunden, sodass die Düsenelemente 333 ortsfest in Position zueinander gehalten werden. Über die Abschnitte 23A, 23B sind die Düsenelemente 333 parallel mit der Kühlmittelleitung 23 verbunden, sodass die Düsenelemente 333 über die gleiche Kühlmittelleitung 23 gespeist werden.
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Die Düsenelemente 333 dienen dazu, ein Kühlmittel, insbesondere Luft, hin zu den Kühlelementen 34A, 34B zu blasen, sodass das Kühlmittel zwischen den Leitelementen 340 entlang des Schaftabschnitts 311 des jeweiligen Kontaktelements 31A, 31B strömt und Wärme an dem Kontaktelement 31A, 31B aufnehmen kann.
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Die Strömungselemente 33A, 33B können beispielsweise als Kunststoffteile ausgestaltet sein.
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Wiederum wird ein offener Kreislauf geschaffen, im Rahmen dessen das Kühlmittel entlang einer axial zur Längsachse L erstreckten Flussrichtung F entlang eines jeden Kontaktelements 31A, 31B, insbesondere entlang des Schaftabschnitts 311 des Kontaktelements 31A, 31B, strömen kann, ohne dass die Strömung an dem Kühlelement 34A, 34B unmittelbar nach außen hin gekapselt ist. Zur Ableitung des Kühlmittels aus dem Gehäuse 30 kann wiederum eine Auslasseinrichtung 35 beispielsweise in Form eines Ventils an dem Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 dienen, wobei auch denkbar und möglich ist, das Kühlmittel über eine gesonderte Rückflussleitung innerhalb des Kabels 2 aus dem Gehäuse 30 abzusaugen.
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Bei einem weiteren, in 7A, 7B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlelemente 34A, 34B als Buchsenelemente ausgebildet und an die Schaftabschnitte 311 der Kontaktelemente 31A, 31B angesetzt. Die Kühlelemente 34A, 34B weisen eine gerändelte äußere Umfangsfläche auf, mit Leitelementen 340 in Form von radial vorstehenden Kühlrippen, zwischen denen ein Kühlmittel in eine axial zur Längsachse L gerichtete Flussrichtung F strömen kann. Die Kühlelemente 34A, 34B sind vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise einem Metallmaterial, ausgebildet und nehmen Wärme an den Schaftabschnitten 311 auf.
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An jedes Kühlelement 34A, 34B ist ein Strömungselement 33A, 33B mit einem zylindrischen Hülsenkörper 331 aufgesteckt. Über einen Einlassstutzen 330 sind die Strömungselemente 33A, 33B jeweils mit einem Abschnitt 23A, 23B der Kühlmittelleitung 23 verbunden, wobei sich die Abschnitte 23A, 23B wiederum parallel von der Kühlmittelleitung 23 verzweigen und somit eine einzige Kühlmittelleitung 23 beide Strömungselemente 33A, 33B speist.
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Über die Einlassstutzen 330 strömt Kühlmittel in den Hülsenkörper 331 eines jeden Strömungselements 33A, 33B ein und wird hierdurch hin zu den Leitelementen 340 in Form der radial vorstehenden Kühlrippen an den Kühlelementen 34A, 34B geleitet. Das Kühlmittel strömt in die Flussrichtung F axial entlang der Kühlelemente 34A, 34B und nimmt auf seinem Weg Wärme auf und leitet diese von den Kontaktelementen 31A, 31B ab.
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Wiederum wird ein offener Kühlmittelkreislauf bereitgestellt, bei dem das Kühlmittel über eine Auslasseinrichtung 35 an dem Gehäuse 30 ausgelassen werden kann oder, alternativ, über eine gesonderte Rückflussleitung in dem Kabel 2 aus dem Gehäuse 30 abgesogen wird.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in gänzlich andersgearteter Weise verwirklichen.
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Das Steckverbinderteil kann beispielsweise als Ladestecker oder auch als Ladebuchse im Rahmen eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein. Insbesondere kann eine aktive Kühlung der beschriebenen Art auch an Kontaktelementen einer Ladebuchse beispielsweise auf Seiten eines Elektrofahrzeugs vorgesehen werden.
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Ein Steckverbinderteil der hier beschriebenen Art kann aber auch in ganz anderer Weise verwendet werden dort, wo elektrische Ströme zu übertragen und an Kontaktelementen eine Kühlung bereitzustellen ist.
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Eine Kühlung der hier beschriebenen Art kann auch an Kontaktelementen zum Übertragen eines Wechselstroms eingesetzt werden. Insofern ist die Kühlung nicht beschränkt auf Kontaktelemente zum Übertragen eines Gleichstroms.
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Die Form der Kontaktelemente, der Kühlelemente und der Strömungselemente kann variieren und ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Ladekabel
- 200, 201
- Ende
- 20, 21
- Lastleitung
- 22
- Signalleitung
- 23, 23A, 23B
- Kühlmittelleitung
- 3
- Ladestecker
- 30
- Gehäuse
- 300, 301
- Steckabschnitt
- 302, 303
- Steckzapfen
- 304
- Trennwand
- 31A, 31B
- Kontaktelement
- 310
- Buchsenabschnitt
- 311
- Schaft
- 32
- Kontaktelement
- 33A, 33B
- Strömungselement
- 330
- Einlassstutzen
- 331
- Hülsenkörper
- 332
- Haubenelement
- 333
- Düsenelemente
- 34A, 34B
- Kühlelement
- 340
- Leitelemente (Kühlbleche, Kühlrippen)
- 341
- Öffnung
- 342
- Zylinderbuchse
- 35
- Auslasseinrichtung
- 4
- Fahrzeug
- 40
- Ladebuchse
- 400
- Gegenkontaktelement
- E
- Einsteckrichtung
- F
- Strömungsrichtung
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007975 B4 [0005, 0005]
- WO 2015/119791 A1 [0008]
- US 8835782 [0009]
