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Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung gemäß Patentanspruch 1.
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Es ist eine Anordnung aufweisend eine Kontakteinrichtung und eine Stromschiene bekannt, wobei die Kontakteinrichtung ein Kontaktelement und ein Kontaktgehäuse aufweist. Das Kontaktelement ist elektrisch mit der Stromschiene verbunden. Bei Übertragung von hohen Strömen über das Kontaktelement zur Stromschiene erwärmt sich das Kontaktelement stark. Die Erwärmung limitiert den über das Kontaktelement in die Stromschiene einleitbaren Strom.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kontakteinrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Kontakteinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine verbesserte Kontakteinrichtung zur Hochstromübertragung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Kontakteinrichtung ein Kontaktelement und eine Kühleinheit umfasst, wobei die Kühleinheit eine Wärmesenke, ein Wärmeträgermedium, einen ersten Wärmetauscherabschnitt und einen zweiten Wärmetauscherabschnitt umfasst, wobei der erste Wärmetauscherabschnitt fluidisch mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt verbunden ist. Die Wärmesenke ist beabstandet zu dem Kontaktelement angeordnet. Die Wärmesenke ist mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt verbunden. Der erste Wärmetauscherabschnitt ist in dem Kontaktelement angeordnet, wobei das Wärmeträgermedium zwischen dem ersten Wärmetauscherabschnitt und dem zweiten Wärmetauscherabschnitt zirkuliert, wobei die Wärmesenke elektrisch vom Kontaktelement isoliert ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein hoher Wärmeeintrag aus dem Kontaktelement abgeführt werden kann und somit bei gleicher konstruktiver Ausgestaltung des Kontaktelements höhere Ströme über das Kontaktelement geleitet werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich das Kontaktelement in Längsrichtung. Das Kontaktelement weist an einer äußeren Umfangsfläche eine Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung auf. Ferner weist das Kontaktelement eine sich zumindest abschnittsweise in Längsrichtung erstreckende Aussparung auf. In der Aussparung ist der erste Wärmetauscherabschnitt angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Kontaktelement besonders kompakt ausgebildet ist und mit bisher verwendeten weiteren Kontakteinrichtungen elektrisch verbunden werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist an einem Längsende des Kontaktelements ein erster Anschlussabschnitt vorgesehen. Ferner umfasst die Kontakteinrichtung ein Verbindungsstück. Das Verbindungsstück umfasst einen Rohrabschnitt und einen mit dem Rohrabschnitt verbundenen zweiten Anschlussabschnitt. Der Rohrabschnitt ist in der Aussparung angeordnet. Der zweite Anschlussabschnitt ist mit dem ersten Anschlussabschnitt fluiddicht verbunden. Auf diese Weise wird ein Austritt des Wärmeträgermediums aus der Aussparung vermieden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Anschlussabschnitt zumindest abschnittsweise ein Innengewinde auf. Der zweite Anschlussabschnitt weist zumindest abschnittsweise ein Außengewinde auf. Das Innengewinde und das Außengewinde greifen ineinander ein und fixieren das Verbindungsstück am Kontaktelement. Dadurch kann eine schnell lösbare Verbindung zwischen Verbindungsstück und Kontaktelement bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Rohrabschnitt zentriert in der Aussparung verlaufend angeordnet. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Abführung von Wärme aus dem Kontaktelement sichergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsstück einen Eingang auf. In dem Rohrabschnitt innenseitig ist ein erster Kanalabschnitt zu einer Spitze des Rohrabschnitts geführt. Der erste Kanalabschnitt ist mit dem Eingang fluidisch verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Aussparung einen Aussparungsgrund auf. Der Aussparungsgrund ist versetzt zu der Spitze angeordnet. Der erste Kanalabschnitt mündet gegenüberliegend zum Aussparungsgrund an der Spitze.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verbindungsstück einen zweiten Kanalabschnitt. Der zweite Kanalabschnitt ist angrenzend an den Eingang angeordnet. Der erste Kanalabschnitt und der zweite Kanalabschnitt sind in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet und weisen eine parallele Ausrichtung auf.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsstück einen dritten Kanalabschnitt auf. Der dritte Kanalabschnitt verbindet den ersten Kanalabschnitt fluidisch mit dem zweiten Kanalabschnitt. Der dritte Kanalabschnitt ist geneigt, vorzugsweise schräg geneigt, zu dem ersten Kanalabschnitt und/oder dem zweiten Kanalabschnitt angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsstück einen Ausgang auf. Der Rohrabschnitt weist eine äußere Umfangsfläche auf. Die Aussparung und die äußere Umfangsfläche des Rohrabschnitts begrenzen den ersten Wärmetauscherabschnitt. Der erste Wärmetauscherabschnitt ist mit dem Ausgang des Verbindungsstücks fluidisch verbunden. Dadurch kann im Betrieb der Kontakteinrichtung besonders viel Wärme aus dem Kontaktelement abgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsstück einen vierten Kanalabschnitt auf. Der vierte Kanalabschnitt ist in Längsrichtung überlappend zum ersten Kanalabschnitt angeordnet. Eine Mündung des vierten Kanalabschnitts in der Aussparung ist in Längsrichtung versetzt zu der Spitze des Rohrabschnitts angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der vierte Kanalabschnitt ringförmig ausgebildet und umfangsseitig des Rohrabschnitts angeordnet. Auf diese Weise wird eine lokale Überhitzung des Kontaktelements vermieden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsstück einen fünften Kanalabschnitt auf. Der fünfte Kanalabschnitt ist mit dem Ausgang verbunden. Der fünfte Kanalabschnitt ist fluidisch mit dem vierten Kanalabschnitt verbunden. Der fünfte Kanalabschnitt ist in Längsrichtung überlappend zu dem zweiten Kanalabschnitt und seitlich versetzt zu dem zweiten Kanalabschnitt angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Kühleinheit ein Verbindungsrohr auf. Das Verbindungsrohr verbindet den ersten Wärmetauscherabschnitt fluidisch mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt. Das Verbindungsrohr isoliert elektrisch das Kontaktelement von der Wärmesenke.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Kühleinheit ein erstes Verbindungsrohr und ein zweites Verbindungsrohr auf, wobei das erste Verbindungsrohr den Eingang des Verbindungsstücks mit einem Ausgang der Wärmesenke verbindet und ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium vom Ausgang der Wärmesenke zum Eingang des Verbindungsstücks zu führen, wobei das zweite Verbindungsrohr den Ausgang des Verbindungsstücks mit einem Eingang der Wärmesenke verbindet und ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium vom Ausgang des Verbindungsstücks zum Eingang der Wärmesenke zu führen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmesenke wenigstens ein passives Kühlelement auf. Zusätzlich oder alternativ ist die Wärmesenke mechanisch mit dem Kontaktelement gekoppelt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Kontakteinrichtung ein Kontaktgehäuse auf, wobei das Kontaktgehäuse eine Durchführung und wenigstens eine Aufnahme aufweist, wobei die Durchführung in der Aufnahme mündet. Das Kontaktelement durchgreift die Durchführung. Der erste Wärmetauscherabschnitt ist zumindest abschnittsweise in der Aufnahme angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Wärmeträgermedium dielektrische Eigenschaften auf. Vorzugsweise weist das Wärmeträgermedium wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Wasser, vorzugsweise entionisiertes Wasser, perfluorierten Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffkette, langkettige Kohlenwasserstoff, synthetisches Öl, Transformatorenöl, Polyalphaolefin, Esteröl.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung;
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2 eine Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene A-A durch eine Kontakteinrichtung der in 1 gezeigten Anordnung;
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3 eine perspektivische Darstellung von Teilkomponenten der in 1 gezeigten Anordnung;
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4 eine Schnittansicht entlang einer in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch ein in 3 gezeigtes Kontaktelement der Kontakteinrichtung;
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5 eine Schnittansicht entlang der in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch ein Verbindungsstück der Kontakteinrichtung;
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6 und 7 perspektivische Ansichten des in 5 gezeigten Verbindungsstücks;
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8 eine Schnittansicht entlang der in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch die in 3 gezeigter Teilkomponente der Anordnung;
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9 eine Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene C-C durch eine Kühlebene einer Wärmesenke der Anordnung
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Anordnung 10. Die Anordnung 10 umfasst eine Kontakteinrichtung 15, einen elektrischen Anschluss 20 und ein Gehäuse 25.
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Die Kontakteinrichtung 15 weist ein Kontaktgehäuse 30, wenigstens ein Kontaktelement 35, ein Verbindungsstück 40, eine Kühleinheit 45 auf. Die Kühleinheit 45 weist eine Wärmesenke 50 auf.
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In der Ausführungsform ist beispielsweise die Kontakteinrichtung 15 zweipolig ausgebildet und weist zwei Kontaktelemente 35 auf, die in dem gemeinsamen Kontaktgehäuse 30 angeordnet sind. Beispielhaft ist für jedes Kontaktelement 35 jeweils eine Kühleinheit 45 vorgesehen. Auch kann die Kontakteinrichtung 15 andersartig ausgebildet sein und beispielsweise eine andere Anzahl von Kontaktelementen 35 vorgesehen sein und/oder mehrere Kontaktelemente 35 der Kühleinheit 45 zugeordnet sein.
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Das Gehäuse 25 weist vorzugsweise zumindest einen ersten Gehäuseabschnitt 55 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 60 auf. Der erste Gehäuseabschnitt 55 ist an einem festen Ende mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 60 verbunden. Vorzugweise ist der erste Gehäuseabschnitt 55 rechtwinklig zum zweiten Gehäuseabschnitt 60 angeordnet. Angrenzend zu einem freien Ende 65 des ersten Gehäuseabschnitts 55 ist die Wärmesenke 50 angeordnet. Das Kontaktgehäuse 30 ist beispielhaft in mittiger Lage am zweiten Gehäuseabschnitt 60 befestigt.
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Der elektrische Anschluss 20 ist beispielhaft als Stromschiene ausgebildet. Alternativ zur Stromschiene 20 kann auch der elektrische Anschluss 20 auch einen Kabelschuh aufweisen.
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Die Stromschiene 20 ist parallel verlaufend zum zweiten Gehäuseabschnitt 60 angeordnet. Die Stromschiene 20 ist dabei zwischen dem Kontaktelement 35 und der Wärmesenke 50 angeordnet. Das Gehäuse 25 weist vorzugsweise einen elektrisch isolierenden Werkstoff und/oder einen dielektrischen Werkstoff auf. Auch kann das Gehäuse 25 zumindest abschnittsweise einen elektrisch leitenden Werkstoff aufweisen. Dadurch kann das Gehäuse 25 eine Schirmfunktion bereitstellen.
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Ferner kann zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 55 und der Stromschiene 20 ein Steuergerät 61 vorgesehen sein (symbolisch in 1 dargestellt), das elektrisch mit der Stromschiene 20 verbunden ist und beispielsweise mechanisch am ersten Gehäuseabschnitt 55 befestigt ist.
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Das Kontaktelement 35 ist an dem Kontaktgehäuse 30 befestigt. Das Kontaktgehäuse 30 weist ebenso wie das Gehäuse 25 einen elektrisch isolierenden Werkstoff auf. Das Kontaktelement 35 ist ferner elektrisch mit der Stromschiene 20 gekoppelt.
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An dem Kontaktelement 35 ist das Verbindungsstück 40 angeordnet. Das Verbindungsstück 40 weist einen ersten Eingang 70 und einen ersten Ausgang 75 auf. Die Wärmesenke 50 weist beispielhaft ein Kühlelement 80 mit einem zweiten Eingang 85 und einem zweiten Ausgang 90 auf. Das Kühlelement 80 ist als passives Kühlelement 80 ausgebildet, so dass keine zusätzliche Lüftervorrichtung vorgesehen ist.
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Auf einer zur Stromschiene 20 abgewandten und einer zur Umgebung 82 zugewandten Seite weist das Kühlelement 80 wenigstens eine Kühlrippe 81 auf. Die Kühlrippe 81 ist beispielhaft parallel zur Stromschiene 20 verlaufend angeordnet. Auch kann die Kühlrippe 81 andersartig ausgerichtet sein oder auf die Kühlrippe 81 verzichtet werden.
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Die Kühleinheit 45 weist beispielhaft ferner einen ersten Wärmetauscherabschnitt 91, einen zweiten Wärmetauscherabschnitt 92, ein Wärmeträgermedium 93, ein erstes Verbindungsrohr 100 und ein zweites Verbindungsrohr 105 auf.
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Das Wärmeträgermedium 93 ist unabhängig seines Phasenzustands elektrisch isolierend und/oder dielektrisch. Vorzugsweise weist das Wärmeträgermedium 93 wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Wasser, vorzugsweise entionisiertes Wasser, perfluorierten Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffkette, langkettige Kohlenwasserstoff, synthetisches Öl, Transformatorenöl, Polyalphaolefin, Esteröl.
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Innerhalb der Kühleinheit 45 strömt das Wärmeträgermedium 93 in einem Kreislauf. Vorzugsweise ist die Kühleinheit 45 vollständig mit dem Wärmeträgermedium 93 gefüllt. Dabei ist in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums 93 zwischen dem ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 und dem ersten Ausgang 75 des Verbindungsstücks 40 der erste Wärmetauscherabschnitt 91 in dem Kontaktelement 35 angeordnet. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 92 ist in Strömungsrichtung zwischen dem zweiten Eingang 85 des Kühlelements 80 und dem zweiten Ausgang 90 des Kühlelements 80 angeordnet. Das erste Verbindungsrohr 100 verbindet den ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 fluidisch mit dem zweiten Ausgang 90 des Kühlelements 80. Dabei ist das erste Verbindungsrohr 100 stromabwärtsseitig des ersten Ausgangs 75 des Verbindungsstücks 40 angeordnet. Das zweite Verbindungsrohr 105 verbindet fluidisch den ersten Ausgang 75 des Verbindungsstücks 40 mit dem zweiten Eingang 85 des Kühlelements 80 fluidisch. Dabei ist das zweite Verbindungsrohr 105 stromabwärtsseitig des ersten Ausgangs 75 des Verbindungsstücks 40 angeordnet.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene A-A durch die Kontakteinrichtung 15.
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Das Kontaktgehäuse 30 weist eine erste Aufnahme 110 und eine zweite Aufnahme 115 auf. Die erste Aufnahme 110 ist auf einer zur Stromschiene 20 abgewandten Seite des Kontaktgehäuses 30 angeordnet. Die zweite Aufnahme 115 ist auf einer der Stromschiene 20 zugewandten Seite des Kontaktgehäuses 30 angeordnet. Die erste Aufnahme 110 ist mittels einer Durchgangsöffnung 120 mit der zweiten Aufnahme 115 verbunden. Ferner kann an der Durchgangsöffnung 120 ein Rastmittel 125 vorgesehen sein.
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Das Kontaktelement 35 weist einen Kontaktabschnitt 129, einen Befestigungsabschnitt 140 und eine Verdrehsicherung 141 auf. Der Kontaktabschnitt 129 weist an einer äußeren Umfangsfläche 130 eine Kontaktfläche 135 auf. Die Kontaktfläche 135 ist dabei zylindrisch ausgebildet. Auch kann der Kontaktabschnitt 129 als Buchsenkontakt ausgebildet sein.
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Die Verdrehsicherung 141 ist zwischen dem Befestigungsabschnitt 140 und der Kontaktfläche 135 angeordnet und verhindert ein Verdrehen des Kontaktelements 35 in der Aufnahme 110, 115. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn zumindest ein Absatz 142 zwischen dem Befestigungsabschnitt 140 und der Verdrehsicherung 141 oder am Befestigungsabschnitt 140 vorgesehen ist.
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Die zweite Aufnahme 115 weist eine Aufnahmekontur 145 auf, die korrespondierend zu dem Befestigungsabschnitt 140 ausgebildet ist. Die Aufnahmekontur 145 und der Befestigungsabschnitt 140 des Kontaktelements 35 sind beispielhaft zylinderförmig ausgebildet. Dabei weist in der Ausführungsform beispielhaft die Aufnahmekontur 145 einen weiteren Absatz 146 auf, der dem Absatz 142 des Kontaktelements 35 zugeordnet ist.
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Im montierten Zustand des Kontaktelements 35 ist der Befestigungsabschnitt 140 in der zweiten Aufnahme 115 angeordnet. Dabei liegt der Absatz 142 an dem weiteren Absatz 146 der Aufnahmekontur 145 an und sichert eine axiale Position des Kontaktelements 35 entlang einer Längsachse 160. Ferner verhindert das Anliegen des Absatzes 142 am weiteren Absatz 146 ein weiteres Einschieben des Kontaktelements 35 in die zweite Aufnahme 115.
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Die Kontaktfläche 135 ragt in die erste Aufnahme 110. Die Kontaktfläche 135 dient zur elektrischen Kontaktierung des Kontaktelements 35 mit einer weiteren Kontakteinrichtung 161 (schematisch strichliert dargestellt) die beispielsweise als Buchsenkontakt ausgebildet ist.
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Das Rastmittel 125 dient dazu, eine Position des Kontaktelements 35 am Kontaktgehäuse 30 in Längsrichtung zu fixieren. Dazu weist in der Ausführungsform beispielhaft das Kontaktelement 35 zwischen der Kontaktfläche 135 und der Verdrehsicherung 141 eine Einschnürung 150 auf. Ferner ist an der Durchgangsöffnung 120 eine Rastnase 155 vorgesehen, die in die Einschnürung 150 am Kontaktelement 35 eingreift und ein Herausziehen des Kontaktelements 35 aus der zweiten Aufnahme 115 verhindert.
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Um ein Umgreifen des Kontaktabschnitts 129 mit der weiteren Kontakteinrichtung 161 sicherzustellen, ist in der Ausführungsform beispielhaft die erste Aufnahme 110 in Querrichtung zur Längsachse 160 des Kontaktelements 35 breiter ausgebildet als die zweite Aufnahme 115. Auch kann je nach konstruktiver Ausgestaltung des Kontaktelements 35 die Ausgestaltung der Aufnahme 110, 115 andersartig sein.
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Ferner kann das Kontaktelement 35 an einem ersten Längsende 180 eine Isolierkappe 185 umfassen, das beispielhaft mittels einer Rastverbindung 190 mit dem Kontaktelement 35 verbunden ist. Auch kann auf die Isolierkappe 185 verzichtet werden.
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Ferner kann die Kontakteinrichtung 15 ein Abschirmelement 191 aufweisen, das in der ersten Aufnahme 110 angeordnet ist und mit dem Kontaktgehäuse 30 verbunden ist. Das Abschirmelement 191 umgreift den Kontaktabschnitt 129 des Kontaktelements 35. Das Abschirmelement 191 ist beabstandet zum Kontaktelement 35 angeordnet.
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Das Kontaktgehäuse 30 weist auf einer dem Gehäuse 25 zugewandten Seite ein Haltemittel 165 auf. Das Haltemittel 165 fixiert das Kontaktgehäuse 30 am zweiten Gehäuseabschnitt 60. Ferner kann an dem Kontaktgehäuse 30 ein Dichtmittel 170 vorgesehen sein, um einen Eintritt von Flüssigkeiten in einem Zwischenraum 175, der durch das Gehäuse 25 und die Wärmesenke 50 begrenzt wird, zu vermeiden.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung von Teilkomponenten der in 1 gezeigten Anordnung 10.
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Die Verdrehsicherung 141 kann an der äußeren Umfangsfläche 130 in einem Teilbereich 195 eine polygonförmige Ausgestaltung aufweisen. Die zweite Aufnahme 115 ist korrespondierend abschnittswiese zum Teilbereich 195 ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein Verdrehen des Kontaktelements 35 in der zweiten Aufnahme 115 zuverlässig vermieden wird.
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Die Stromschiene 20 weist einen Stromschienenanschlussabschnitt 200 auf. Der Stromschienenanschlussabschnitt 200 ist beispielhaft senkrecht zur Längsachse 160 des Kontaktelements 35 ausgerichtet. Der Stromschienenanschlussabschnitt 200 weist eine weitere Durchgangsöffnung 205 auf. Das Kontaktelement 35 liegt mit einer an einem zum ersten Längsende 180 gegenüberliegenden zweiten Längsende 206 angeordneten Stirnfläche 210 an dem Stromschienenanschlussabschnitt 200 an.
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Auf einer zum Kontaktelement 35 gegenüberliegenden Seite des Stromschienenanschlussabschnitts 200 ist beispielhaft ein Ringelement 215 vorgesehen. Das Ringelement 215 kann als Unterlegscheibe ausgebildet sein.
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Das Verbindungsstück 40 durchgreift die weitere Durchgangsöffnung 205 und befestigt das Kontaktelement 35 und das Ringelement 206 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Stromschienenanschlussabschnitts 200.
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4 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch das in 3 gezeigte Kontaktelement 35.
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Das Kontaktelement 35 weist eine sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse 160 des Kontaktelements 35 erstreckende Aussparung 220 auf. Die Aussparung 220 weist einen Aussparungsgrund 225 und umfangsseitig eine Aussparungsseitenfläche 230 auf. Die Aussparung 220 ist beispielhaft als Bohrung ausgebildet und ist zum zweiten Längsende 206 des Kontaktelements 35 hin offen. Axial zwischen dem zweiten Längsende 206 und der Aussparung 220 weist das Kontaktelement 35 einen ersten Anschlussabschnitt 235 auf. Die Aussparung 220 mündet am Anschlussabschnitt 235. Ferner ist die Aussparung 220 radial innenseitig zur Kontaktfläche 135 angeordnet.
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Der erste Anschlussabschnitt 235 weist an einer inneren Umfangsfläche ein Innengewinde 239 auf. Bezogen auf die Längsachse 160 ist der erste Anschlussabschnitt 235 radial breiter ausgebildet als die Aussparung 220.
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5 zeigt eine Schnittansicht entlang der in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch das Verbindungsstück 40.
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Das Verbindungsstück 40 weist einen Rohrabschnitt 240, einen zweiten Anschlussabschnitt 245 sowie einen dritten Anschlussabschnitt 250 auf. Der Rohrabschnitt 240 ist mit dem dritten Anschlussabschnitt 250 verbunden. Der zweite Anschlussabschnitt 245 ist radial außenseitig angrenzend an den dritten Anschlussabschnitt 250 auf einer zum Rohrabschnitt 240 zugewandten Seite angeordnet.
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Der zweite Anschlussabschnitt 245 weist an einer äußeren Umfangsfläche ein Außengewinde 255 auf. Das Außengewinde 255 ist korrespondierend zum Innengewinde 239 ausgebildet. In montiertem Zustand des Verbindungsstücks 40 an dem Kontaktelement 35 ist der zweite Anschlussabschnitt 245 mit dem Außengewinde 255 in das Innengewinde 239 eingeschraubt und sichert zuverlässig das Anliegen der Stirnfläche 210 an dem Stromschienenanschlussabschnitt 200.
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Der Rohrabschnitt 240 ist in der Aussparung 220 angeordnet. Dabei ist der Rohrabschnitt 240 geradlinig verlaufend ausgebildet. Auch kann der Rohrabschnitt 240 gekrümmt ausgebildet sein. Der Rohrabschnitt 240 begrenzt innenseitig einen ersten Kanalabschnitt 260 des Verbindungsstücks 40.
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Ferner weist das Verbindungsstück 40 einen zweiten Kanalabschnitt 265, einen dritten Kanalabschnitt 270, einen vierten Kanalabschnitt 275, einen fünften Kanalabschnitt 280 und einen sechsten Kanalabschnitt 285 auf. Die Anzahl der Kanalabschnitte 260, 265, 270, 275, 280, 285 ist in der Ausführungsform beispielhaft. Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl von Kanalabschnitten 260, 265, 270, 275, 280, 285 vorgesehen sein.
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Der zweite Kanalabschnitt 265 ist angrenzend an den ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 angeordnet. Der zweite Kanalabschnitt 280 kann dabei zylindrisch ausgebildet sein. Während der erste Kanalabschnitt 260 zentriert zu der Längsachse 160 angeordnet ist, ist der zweite Kanalabschnitt 265 außermittig versetzt zu der Längsachse 160 und zu dem ersten Kanalabschnitt 260 angeordnet. Der erste Kanalabschnitt 260 und der zweite Kanalabschnitt 265 weisen eine parallele Ausrichtung auf und sind in axialer Richtung versetzt angeordnet. An dem zweiten Kanalabschnitt 265 kann ein Befestigungsmittel vorgesehen sein, um das erste Verbindungsrohr 100 fluiddicht mit dem zweiten Kanalabschnitt 265 zu verbinden.
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Zwischen dem ersten Kanalabschnitt 260 und dem zweiten Kanalabschnitt 265 ist der dritte Kanalabschnitt 270 angeordnet. Der dritte Kanalabschnitt 270 ist schräg verlaufend von radial außen bezogen auf die Längsachse 160 nach radial innen zu dem ersten Kanalabschnitt 260 und dem zweiten Kanalabschnitt 265 angeordnet. Der dritte Kanalabschnitt 270 verbindet fluidisch den zweiten Kanalabschnitt 265 und somit den ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 mit dem ersten Kanalabschnitt 260. Auch kann auf den dritten Kanalabschnitt 270 beispielhaft verzichtet werden oder kann der dritte Kanalabschnitt 270 senkrecht zum ersten Kanalabschnitt 260 und/oder zum zweiten Kanalabschnitt 265 angeordnet sein.
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Der vierte Kanalabschnitt 275 ist ringförmig ausgebildet. Der vierte Kanalabschnitt 275 ist dabei radial außenseitig des Rohrabschnitts 240 angeordnet. Der vierte Kanalabschnitt 275 mündet an einer Mündung 295 in der Aussparung 220. Der vierte Kanalabschnitt 275 und der erste Kanalabschnitt 260 sind axial in Längsrichtung überlappend angeordnet. Dabei wird unter einer axialen Überlappung verstanden, dass zwei Komponenten, in der Ausführungsform beispielsweise der erste Kanalabschnitt 260 und der vierte Kanalabschnitt 275, in eine Projektionsebene, in der die Längsachse 160 angeordnet ist, projiziert werden, wobei die Komponenten in der Projektionsebene sich überdecken.
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Der fünfte Kanalabschnitt 280 ist angrenzend an den ersten Ausgang 75 des Verbindungsstücks 40 angeordnet. Der fünfte Kanalabschnitt 280 ist dabei außermittig zu der Längsachse 160 angeordnet. Der fünfte Kanalabschnitt 280 kann dabei zylindrisch ausgebildet sein. Ferner ist der fünfte Kanalabschnitt 280 axial überlappend zum zweiten Kanalabschnitt 265 und seitlich versetzt zu dem zweiten Kanalabschnitt 265 angeordnet. Der fünfte Kanalabschnitt 280 ist parallel verlaufend zum zweiten Kanalabschnitt 265 angeordnet.
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Ferner kann ein weiteres Befestigungsmittel am fünften Kanalabschnitt 280 vorgesehen sein, um das zweite Verbindungsrohr 105 fluiddicht mit dem fünften Kanalabschnitt 280 zu verbinden.
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Zwischen dem fünften Kanalabschnitt 280 und dem vierten Kanalabschnitt 275 ist der sechste Kanalabschnitt 285 vorgesehen. Der sechste Kanalabschnitt 285 verbindet dabei fluidisch den fünften Kanalabschnitt 280 mit dem vierten Kanalabschnitt 275. Dabei ist der sechste Kanalabschnitt 285 schräg verlaufend zu dem fünften Kanalabschnitt 280 angeordnet.
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6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten des Verbindungsstücks 40.
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Das Verbindungsstück 40 kann zusätzlich am dritten Anschlussabschnitt 250 ein Werkzeugprofil 310 aufweisen. Mittels des Werkzeugprofils 310 kann ein Drehmoment von einem Werkzeug in das Verbindungsstück 40 eingeleitet werden, um den zweiten Anschlussabschnitt 245 in den ersten Anschlussabschnitt 235 einzuschrauben und eine Spannkraft bereitzustellen, um das Kontaktelement 35 stirnseitig am zweiten Längsende 206 an den Stromschienenanschlussabschnitt 200 anzupressen. Das Drehmoment beim Einschrauben wird rückseitig über die Verdrehsicherung 141 am Kontaktgehäuse 30 abgestützt.
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8 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 3 gezeigten Schnittebene B-B durch die in 3 gezeigten Teilkomponenten der Anordnung 10.
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Eine weitere Mündung 286 des ersten Kanalabschnitts 260 mündet an eine Spitze 290 des Rohrabschnitts 240 gegenüberliegend zum Aussparungsgrund 225 in der Aussparung 220. Dabei ist in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse 260 die Mündung 295 versetzt zu der Mündung 286 des ersten Kanalabschnitts 260 angeordnet.
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Das Verbindungsrohr 240 weist eine äußere Umfangsfläche 300 auf. Die äußere Umfangsfläche 300 ist beabstandet zu der Aussparungsseitenfläche 230 angeordnet. Dabei begrenzt die Aussparungsseitenfläche 230 zusammen mit dem Aussparungsgrund 225 und der äußeren Umfangsfläche 300 des Verbindungsrohrs 240 zwischen der weiteren Mündung 286 und Mündung 295 einen ersten Wärmetauscherabschnitt 91. Der erste Wärmetauscherabschnitt 91 ist fluidisch über den vierten bis sechsten Kanalabschnitt 275, 280, 285 mit dem ersten Ausgang 75 des Verbindungsstücks 40 fluidisch verbunden.
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Ferner ist der erste Wärmetauscherabschnitt 91 eingangsseitig über den ersten bis dritten Kanalabschnitt 260, 265, 270 bis dem ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 fluidisch verbunden.
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9 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene C-C durch das Kühlelement 80 der Wärmesenke 50.
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In dem Kühlelement 80 ist ein zweiter Wärmetauscherabschnitt 92 angeordnet. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 92 ist kanalförmig, in der Ausführungsform beispielhaft U-förmig, innerhalb des Kühlelements 80 geführt. Auch sind andere Ausgestaltungen des zweiten Wärmetauscherabschnitts 92 denkbar. Dabei ist der zweite Wärmetauscherabschnitt 92 eingangsseitig mit dem zweiten Eingang 85 und ausgangsseitig mit dem zweiten Ausgang 90 des Kühlelementes 80 fluidisch verbunden.
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Im Betrieb der Anordnung 10 ist an der Kontakteinrichtung 15 an der weitere Kontakteinrichtung 161 angeschlossen. Die Anordnung 10 dient dazu, elektrische Energie mit einem hohen Strom zwischen der weiteren Kontakteinrichtung 161 und der Stromschiene 20 zu übertragen. Dabei erwärmt sich das Kontaktelement 35, insbesondere im Bereich des elektrischen Kontakts zwischen der weiteren Kontakteinrichtung 161 an der Kontaktfläche 135. Die in das Kontaktelement 35 eingebrachte Wärme wird aus dem Kontaktelement 35 dadurch abgeführt, dass über den ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 kaltes Wärmeträgermedium 93 in den zweiten Kanalabschnitt 265 eingeleitet wird. Der zweite Kanalabschnitt 265 führt über den dritten Kanalabschnitt 270 und den ersten Kanalabschnitt 260 das kalte Wärmeträgermedium 93 hin zur Spitze 290 des Verbindungsrohrs 240. An der Spitze 290 tritt das Wärmeträgermedium 93 in den ersten Wärmetauscherabschnitt 91 ein. Im ersten Wärmetauscherabschnitt 91 wird das Wärmeträgermedium 93 innerhalb der Aussparung 220 zwischen der der äußeren Umfangsfläche 300 des Verbindungsrohrs 240 hin zur weiteren Mündung 295 des vierten Kanalabschnitts 275 geführt. Beim Entlangströmen am Aussparungsgrund 225 und an der Aussparungsseitenfläche 230 nimmt das Wärmeträgermedium 93 Wärme aus dem Kontaktelement 35 auf und erwärmt sich. Das erwärmte Wärmeträgermedium 93 wird über die weitere Mündung 295 aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt 91 abgeführt und tritt dann in den vierten Kanalabschnitt 275 ein. Die ringförmige Ausgestaltung des vierten Kanalabschnitts 275 hat den Vorteil, dass ein lokales Überhitzen des Kontaktelements 35 durch eine gleichmäßige Strömung des Wärmeträgermediums 93 innerhalb der Aussparung 220 vermieden wird.
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Vom vierten Kanalabschnitt 275 wird über den sechsten Kanalabschnitt 285 das erwärmte Wärmeträgermedium 93 hin zum fünften Kanalabschnitt 280 geführt. Am fünften Kanalabschnitt 280 tritt das erwärmte Wärmeträgermedium 93 über den ersten Ausgang 75 des Verbindungsstücks 40 in das zweiten Verbindungsrohr 105 ein. Das zweite Verbindungsrohr 105 führt das erwärmte Wärmeträgermedium 93 hin zum zweiten Eingang 85 des Kühlelements 80. Am zweiten Eingang 85 des Kühlelements 80 tritt das erwärmte Wärmeträgermedium 93 in das Kühlelement 80 ein. Im zweiten Wärmetauscherabschnitt 92 gibt das erwärmte Wärmeträgermedium 93 Wärme an das Kühlelement 80 ab. Das Kühlelement 80 gibt die Wärme über Kühlrippen 81 an eine Umgebung 82 der Anordnung 10 ab. Das abgekühlte kalte Wärmeträgermedium 93 tritt am zweiten Ausgang 90 des Kühlelements 80 aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 92 aus und wird über das erste Verbindungsrohr 100 hin zum ersten Eingang 70 des Verbindungsstücks 40 geführt. Das Wärmeträgermedium 93 strömt dabei im Kreislauf.
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Zusätzlich kann (nicht in den Figuren dargestellt) eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, um das Strömen des Wärmeträgermediums 93 im Kreislauf zwischen dem ersten Wärmetauscherabschnitt 91 und dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 92 zur Abführung von Wärme aus dem Kontaktelement 35 zu forcieren. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein besonders hoher Wärmeeintrag aus dem Kontaktelement 35 abgeführt werden kann. Die Fördereinrichtung kann stromaufwärtsseitig oder stromabwärtsseitig des ersten Wärmetauscherabschnitts 91 angeordnet sein.
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Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Wärmesenke höherliegend als der erste Wärmetauscherabschnitt 91 angeordnet ist, so dass das Wärmeträgermedium auf Grund Dichteunterschieden zwischen dem erwärmten Wärmeträgermedium 93 und dem kalten Wärmeträgermedium im Kreislauf zwischen dem ersten Wärmetauscherabschnitt 91 und den zweiten Wärmetauscherabschnitt 92 strömt.
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Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn der zweite Ausgang 90 unterhalb dem zweiten Eingang 85 angeordnet ist.
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Durch die Verwendung von dielektrischen Werkstoffen sowohl für das Verbindungsrohr 100, 105 als auch für das Wärmeträgermedium 93 wird sichergestellt, dass die Wärmesenke 50 nicht unter Spannung steht.
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Ist für jedes Kontaktelement 35 eine Kühleinheit 45 vorgesehen, so ist von Vorteil, wenn die Kühlelemente 80 stapelartig angeordnet werden. Dabei können die Kühleinheiten 45 identisch ausgebildet sein.
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Durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Anordnung 10 kann abgekühltes Wärmeträgermedium 93 unmittelbar an den wärmsten Bereich innerhalb der Kontaktfläche 135 des Kontaktelements 35 geführt werden, sodass eine Überhitzung des Kontaktelements 35 auch bei hohen zu übertragenden Strömen zuverlässig vermieden wird. Insbesondere kann hierbei eine besonders hohe Wärmeabfuhr aus dem Kontaktelement 35 sichergestellt werden, wenn das Kontaktelement 35 Kupfer als Werkstoff aufweist. Ferner ist durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Kühlelements 80 sichergestellt, dass keine zusätzliche elektrische Isolierung zu der Wärmesenke 50 und dem Kontaktelement 35 vorzusehen ist.
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Die Anordnung 10 eignet sich dadurch insbesondere für Plug-in-Hybridfahrzeugen und/oder von elektrischen Kraftfahrzeugen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist denkbar, dass auf einzelne Merkmale verzichtet wird und/oder die Merkmale andersartig angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 15
- Kontakteinrichtung
- 20
- elektrischer Anschluss, Stromschiene, Kabelschuh
- 25
- Gehäuse
- 30
- Kontaktgehäuse
- 35
- Kontaktelement
- 40
- Verbindungsstück
- 45
- Kühleinheit
- 50
- Wärmesenke
- 55
- erster Gehäuseabschnitt
- 60
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 61
- Steuergerät
- 65
- freies Ende des ersten Gehäuseabschnitts
- 70
- erster Eingang (des Verbindungsstücks)
- 75
- erster Ausgang (des Verbindungsstücks)
- 80
- Kühlelement
- 81
- Kühlrippe
- 82
- Umgebung
- 85
- zweiter Eingang (des Kühlelements)
- 90
- zweiter Ausgang (des Kühlelements)
- 91
- erster Wärmetauscherabschnitt
- 92
- zweiter Wärmetauscherabschnitt
- 93
- Wärmeträgermedium
- 100
- erstes Verbindungsrohr
- 105
- zweites Verbindungsrohr
- 110
- erste Aufnahme
- 115
- zweite Aufnahme
- 120
- Durchgangsöffnung
- 125
- Rastmittel
- 129
- Kontaktabschnitt
- 130
- äußere Umfangsfläche (des Kontaktabschnitts)
- 135
- Kontaktfläche
- 140
- Befestigungsabschnitt
- 141
- Verdrehsicherung
- 142
- Absatz
- 145
- Aufnahmekontur
- 146
- weiterer Absatz
- 150
- Einschnürung
- 155
- Rastnase
- 160
- Längsachse
- 161
- weitere Kontakteinrichtung
- 165
- Haltemittel
- 170
- Dichtmittel
- 175
- Zwischenraum
- 180
- erstes Längsende
- 185
- Isolierkappe
- 190
- Rastverbindung
- 195
- Teilbereich
- 200
- Stromschienenanschlussabschnitt
- 205
- weitere Durchgangsöffnung
- 206
- zweites Längsende
- 210
- weitere Kontaktfläche
- 215
- Ringelement
- 220
- Aussparung
- 225
- Aussparungsgrund
- 230
- Aussparungsseitenfläche
- 235
- erster Anschlussabschnitt
- 239
- Innengewinde
- 240
- Rohrabschnitt
- 245
- zweiter Anschlussabschnitt
- 250
- dritter Anschlussabschnitt
- 255
- Außengewinde
- 260
- erster Kanalabschnitt
- 265
- zweiter Kanalabschnitt
- 270
- dritter Kanalabschnitt
- 275
- vierter Kanalabschnitt
- 280
- fünfter Kanalabschnitt
- 285
- sechster Kanalabschnitt
- 286
- weitere Mündung
- 290
- Spitze
- 295
- Mündung
- 300
- äußere Umfangsfläche des Verbindungsrohrs
- 310
- Werkzeugprofil
