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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungskontaktsystem für einen Ladestecker und/oder eine Ladebuchse. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Ladestecker zur Kopplung mit einer korrespondierenden Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie.
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Aus dem Stand der Technik sind Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden, als Buchse ausgebildeten, Verbindungsvorrichtung ausgebildet sind. Diesbezüglich wird auf den in der
DE 10 2012 105 774 B3 offenbarten Ladestecker verwiesen. In dem Ladestecker sind Leistungskontakte angeordnet, die jeweils einen ersten Anschlussbereich und einen zweiten Anschlussbereich aufweisen. Der erste Anschlussbereich ist als Kontaktbuchse ausgebildet und zur galvanischen Verbindung mit einem Kontaktstift geeignet, wobei der Kontaktstift mit einem elektrischen Energieempfänger, beispielsweise einem Akkumulator eines Fahrzeuges galvanisch verbundenen ist. Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts ist zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise eine Ladestation oder im Allgemeinen mit einem elektrischen Versorgungsnetz ausgebildet. Beispielsweise kann der zweite Anschlussbereich fest mit einem Ladekabel verbunden sein.
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Aufgrund eines durch den Leistungskontakt fließenden Ladestroms heizt sich der als Leistungssteckkontakt ausgebildete Leistungskontakt unweigerlich aufgrund von ohmschen Stromwärmeverlusten auf. Das Aufheizen des Leistungskontakts ist jedoch auf eine Grenztemperaturerhöhung limitiert. So ist beispielsweise gemäß der Norm IEC 62196-3 die Grenztemperaturerhöhung auf 50K limitiert. Dies wiederum führt bei größtenteils genormten Steckverbindergeometrien zu einem maximalen Ladestrom von bis zu 200 A Dauerlast.
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Bei einer intermittierenden Aufladung eines Akkumulators sind hingegen höhere Ladeströme von 350 A und mehr über begrenzte Zeiträume notwendig, um den Akkumulator in einer gewünscht kurzen Zeit aufzuladen. Dies wiederum führt zu einer temporären Erhitzung der Leistungskontakte, die über der Grenztemperaturerhöhung liegt. Der Leitungsquerschnitt des Leistungskontakts lässt sich nicht beliebig vergrößern, da die Steckverbindergeometrien genormt sind und darüber hinaus für die Leistungskontakte eine möglichst geringe Menge an leitfähigem Material, üblicherweise Kupfer, verwendet werden soll.
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Die
US 2015/0217654 A1 beschreibt ein Ladesystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Ladesystem Leistungskontakte mit einem ersten Anschlussbereich zur Kontaktierung eines elektrischen Energieempfängers und einem zweiten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem Ladekabel aufweist. Die jeweiligen Leistungskontakte stehen mit einer Kühlarmatur in direktem Kontakt, wobei in der Armatur eine Kavität gebildet ist, die mit einem Kühlfluidzulaufanschluss und einem Kühlfluidablaufanschluss, die in einem Deckel gebildet sind, fluidverbunden ist. Die Kühlarmatur weist zwei teilhohlzylinderförmige Aufnahmen auf, die mit den jeweiligen zylinderförmig ausgebildeten Kontaktflächen der Leistungskontakte in Kontakt stehen.
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Die
US 2009/0239408 A1 beschreibt ein Verbindungssystem zum Verbinden zweier elektrischer Leiter miteinander. In den elektrischen Leiter ist ein integrierter Kühlfluidkreislauf ausgebildet, der einen Einlass mit einem Kühlfluidauslass über eine Kühlfluidleitung fluidverbindet. In einem Ausführungsbeispiel weist einer der elektrischen Leiter ein separates Kühlelement auf, das mit dem elektrischen Leiter verschraubt ist, wobei in dem Kühlelement ein Kühlfluidkanal ausgebildet ist, der einen Kühlfluideinlass mit einem Kühlfluidauslass fluidverbindet.
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DE 199 37 072 A beschreibt ein feststoffisoliert ummanteltes Verbindungselement für metallgekapselte, gasisolierte Schaltanlagen, insbesondere zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Komponenten von Mittelspannungs-Schaltanlagen, mit einer isolierten Kontaktdurchführung zwischen gasisolierten Behältern.
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JP 2005-05 6770 A beschreibt einen Verbinder mit kreisförmigem Querschnitt und einem an einem Ende angeschlossenen Rohrleiter. Zum Kühlen des Verbinders ist an einem Ende ein zur Außenseite des Verbinders offener Kühlflüssigkeitszufuhranschluss und am anderen Ende ein zur Außenseite des Verbinders offener Kühlflüssigkeitsablaufanschluss angebracht.
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EP 1 524 692 A2 beschreibt einen Flüssigkeitskühlmantel umfassend eine Basis, die mit einem Heizelement verbunden ist; einen Pfosten, der senkrecht zur Basis steht; eine Vielzahl von Strahlungsrippen, die an dem Pfosten angebracht und so angeordnet sind, dass sie parallel zu der Basis sind; eine Trennwand, die Intervalle zwischen den mehreren Strahlungsrippen mit einer vorbestimmten Breite auffüllt; und ein Gehäuse, das den Pfosten und die Strahlungsrippen umgibt und mit der Basis verbunden ist, und an dem ein Einlass und ein Auslass für Kühlmittel an Stellen angebracht sind, an denen der Kühlmittelstrom vorhanden ist geteilt durch die Trennwand. Die Mehrzahl von Strahlungsrippen kann in Intervallen angeordnet sein, von denen jedes im Vergleich zu einer Dicke jeder der Mehrzahl von Strahlungsrippen eng ist.
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US 6 719 039 B2 beschreibt eine flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke, die ein Kühlgehäuse mit einer Umfangsseitenwand, die sich vom Umfang einer Bodenwand erstreckt, und einen Deckel aufweist, der so bemessen ist, dass er in die Umfangsseitenwand eingreift, um eine Kammer zu bilden. Eine Fluideinlassöffnung und eine Fluidauslassöffnung sind durch den Deckel definiert und in Fluidverbindung mit der Kammer angeordnet.
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US 2004 / 0182544A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung, die flüssiges Kühlmittel verwendet, umfassend einen Tank und eine Abdeckung, die den Tank hermetisch abdichtet. Der Tank enthält eine Basis und zwei Paare von Seitenwänden. Eine Vielzahl von parallelen Innenwänden ist in dem Tank ausgebildet, wodurch ein Kanal zum Durchgang des flüssigen Kühlmittels definiert wird. In dem Kanal ist eine Vielzahl von Stiften angeordnet. Ein Einlass und ein Auslass sind an gegenüberliegenden Enden des Kanals zum Eintreten und Austreten des flüssigen Kühlmittels in und aus dem Tank angeordnet.
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US 2006 / 0266498 A1 beschreibt ein Flüssigkeitskühlsystem zum Abführen von Wärme von einer wärmeerzeugenden Komponente. Das Flüssigkeitskühlsystem enthält ein Wärmeabsorptionselement, das einen Fluidströmungskanal zum Durchgang eines Kühlmittels definiert. Der Fluidströmungskanal enthält mehrere Durchgangssegmente, die von einem Mittelabschnitt zu einem Umfangsabschnitt des Wärmeabsorptionselements angeordnet sind. Jeweils zwei benachbarte Kanalsegmente stehen derart in Fluidverbindung miteinander, dass, wenn das Kühlmittel von einem Kanalsegment zum Eintritt in ein benachbartes Kanalsegment strömt, das Kühlmittel in mindestens zwei Ströme aufgeteilt wird.
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In US 2004 / 0008483 A1 ist ein Wasserkühlsystem für ein elektronisches Gerät vorgesehen, das mehrere voneinander trennbare Kühlmittelumwälzeinheiten und Kühlmittelversorgungseinheiten aufweist, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Das Kühlsystem vom Wasserkühlungstyp umfasst eine Kühlmittelzirkulationseinheit mit Wärmetauschern, die mit Wärmequellen im Inneren der elektronischen Vorrichtung in Kontakt stehen, und interne Zirkulationsleitungen, die im Inneren der elektronischen Vorrichtung zum Zirkulieren eines Kühlmittels in den Wärmetauschern angeordnet sind, und eine Kühlmittelversorgungseinheit mit externen Zirkulationsleitungen, die sich außerhalb des elektronischen Geräts erstrecken, um das Kühlmittel außerhalb des elektronischen Geräts zu zirkulieren, Wärmeableitungsvorrichtungen, die an die externen Zirkulationsleitungen angeschlossen sind, um Wärme des Kühlmittels in die Luft abzugeben, Zirkulationspumpen, die an die externen Umwälzleitungen zur Bildung des Hydraulikdrucks des Kühlmittels angeschlossen sind, ein Kühlmitteltank, in dem das Kühlmittel gespeichert ist, und ein Gehäuse zum Schutz der Wärmeableitungsvorrichtungen, der Umwälzpumpen und des Kühlmitteltanks sowie eine Steuerung zur Steuerung der Umwälzpumpen durch Beaufschlagung der Steuersignale an die Umwälzpumpen.
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DE 43 22 933 A1 beschreibt einen Flüssigkeitskühlkörper für Leistungshalbleiter mit einem Kühlkerngehäuse mit einem hydraulischen Kühlmittelanschluss. Der hydraulische Kühlmittelanschluss, der mindestens zwei Kanäle aufweist, ist mit einem integrierten Kühlmittelverteiler versehen, der für jeden Kanal mindestens zwei Anschlüsse aufweist, wobei ein Anschluss oder beide Anschlüsse eines Kanals in Abhängigkeit von der externen Kühlmittelzufuhr selektiv geöffnet werden.
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DE 44 20 564 A1 beschreibt eine Einheit enthaltend zwei Montagemodule mit Kühlmanschetten und Kühlflüssigkeit. Die Module sind parallel angeordnet, wobei zwei Joche Haken bilden, mit denen die Halbleiterbauelemente und die Krägen durch Stangen und Federn befestigt werden. Mindestens ein Joch besitzt mindestens einen Kühlkanal mit Kühlflüssigkeit.
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US 2014 / 0199881 A1 beschreibt einen elektrischen Verbinder, der einen Leiter mit einem elektrisch leitenden Stift und einen Leiterempfänger enthält, der verschiebbar mit dem Leiter verbunden ist. Der Leiterempfänger kann eine Wand mit einem elektrisch leitenden Material aufweisen, das einen Hohlraum bildet, in den der Stift aufgenommen wird. Der Leiterempfänger kann auch eine Isolierhülse enthalten, die mechanisch mit der Wand verbunden ist.
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DE 10 2014 017 100 A1 beschreibt einen fahrzeugseitigen Verbinder, mit dem ein Ladeverbinder zum Ladezeitpunkt zu verbinden ist, enthält ein Gehäuse, das in der Lage ist, fahrzeugseitige Anschlusspassstücke zumindest teilweise aufzunehmen, die an Endteilen von Drähten fixiert sind, die aus einer Batterie oder dergleichen in einem Fahrzeug herausgezogen sind, einen Verbinderpassabschnitt, der in einem vorderen Teil des Gehäuses bereitgestellt ist, in den der Ladeverbinder einpassbar ist und in dem Anschlussverbindungsabschnitte der fahrzeugseitigen Anschlusspassstücke, die elektrisch mit dem Ladeverbinder verbindbar sind, angeordnet sind, und einen Anschlussaufnahmeabschnitt, der in einem hinteren Teil des Gehäuses bereitgestellt ist und in der Lage ist, Teile der fahrzeugseitigen Anschlusspassstücke hinter den Anschlussverbindungsabschnitten aufzunehmen, und der mit einer ersten Herausziehöffnung, durch welche die Drähte nach hinten gezogen werden können, und einer zweiten Herausziehöffnung gebildet ist, durch welche die Drähte lateral herausgezogen werden können.
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EP 2 362 499 A1 beschreibt einen Ladestecker, der mit einem fahrzeugseitigen Stecker verbindbar ist, der mit einer Batterie in einem Fahrzeug verbunden ist, wenn die Batterie geladen wird, mit: einem Gehäusekörper, der einen mit dem fahrzeugseitigen Stecker verbindbaren Steckerverbindungsabschnitt aufweist, einem Hebel zumindest teilweise in dem Gehäusekörper untergebracht und dazu ausgelegt, den fahrzeugseitigen Verbinder und den Verbinderanschlussabschnitt in einem verbundenen Zustand zu halten, indem sie mit einem verriegelbaren Abschnitt in Eingriff gebracht werden, der an dem fahrzeugseitigen Verbinder vorgesehen ist, wobei ein Entriegelungsabschnitt in dem Hebel vorgesehen ist.
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DE 20 2010 009 598 U1 beschreibt einen Steckverbinder mit mindestens einem Innenleiterteil, welches zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit einem Innenleiter eines Kabels, insbesondere eines HF-Kabels oder eines Stromkabels, ausgebildet ist, einem Außenleiterteil, welches zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit einem Außenleiter des Kabels ausgebildet ist und eine elektromagnetische Abschirmung des Steckverbinders ausbildet, und einem Isolierteil, welches mindestens eine axiale Durchgangsbohrung zur Aufnahme mindestens eines Innenleiterteiles zum Halten des Innenleiterteils an einer vorbestimmten Position relativ zum Außenleiterteil aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungskontaktsystem bereitzustellen, das erhöhte Ladeströme bei einer begrenzten Aufheizung ermöglicht, folglich also eine erhöhte Stromtragfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Letztendlich liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie bereitzustellen, mittels der erhöhte Spitzenladeströme übertragbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Leistungskontaktsystem für einen Ladestecker gelöst, wobei das Leistungskontaktsystem zumindest einen Leistungskontakt mit einem ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger und einen zweiten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem Ladekabel aufweist. Das erfindungsgemäße Leistungskontaktsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest ein mit dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts in direktem Kontakt stehendes Kühlelement aufweist, wobei das Kühlelement einen Kühlfluidzulaufanschluss und einen mit diesem mittels eines innerhalb des Kühlelements angeordneten Kühlfluidkanal fluidverbundenen Kühlfluidablaufanschluss aufweist.
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Das Kühlelement ist also aktiv kühlbar, indem das Kühlelement von einem Kühlmittelstrom durchfließbar ist.
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Als Kühlfluid kann jegliches Kühlfluid, sowohl flüssig als auch gasförmig, verwendet werden. Beispielsweise können als Kühlfluid Wasser und/oder Ketone, insbesondere fluorierte Ketone verwendet werden. Ferner kann als Kühlfluid auch Stickstoff verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass als Kühlfluid Druckluft verwendet wird, wobei unter Druckluft unter Druck gesetzte Atemluft zu verstehen ist. Das Kühlelement kühlt den Leistungskontakt, mit dem das Kühlelement verbunden ist, ab, so dass mittels des erfindungsgemäßen Leistungskontaktsystems bei gleichbleibendem Leitungsquerschnitt des Leistungskontakts / der Leistungskontakte größere Ladeströme übertragen werden können, ohne dass sich der Leistungskontakt / die Leistungskontakte übermäßig erhitzt / erhitzen.
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Der erste Anschlussbereich ist mit einem Steckkontakt galvanisch verbindbar. Vorzugsweise ist der erste Anschlussbereich als federnder Kontaktbereich ausgebildet, der mehrere teilzylinderförmige Kontaktfedern aufweist. Weiter vorzugsweise ist der erste Anschlussbereich als Kontaktbuchse mit einem Aufnahmeraum ausgebildet. Der erste Anschlussbereich des Leistungskontakts kann auch als frontseitiger Anschlussbereich bzw. frontseitiger Anschlussabschnitt oder auch als frontseitiger Funktionsbereich bezeichnet werden.
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Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts ist üblicherweise mit einem Ladekabel elektrisch/galvanisch verbunden und ist folglich zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle verbunden. Der zweite Anschlussbereich kann auch als rückseitiger Anschlussbereich bzw. als rückseitiger Anschlussabschnitt oder auch als rückseitiger Funktionsbereich bezeichnet werden. Der Empfänger elektrischer Energie kann beispielsweise ein Akkumulator sein. Insbesondere kann es sich bei dem Akkumulator um eine Fahrzeugbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges handeln.
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Der Kühlfluidzulauf kann auch als erster Kühlfluidanschluss und der Kühlfluidablauf als zweiter Kühlfluidanschluss bezeichnet werden.
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Der Kühlfluidkanal ist innerhalb des Kühlelements, vorzugsweise innerhalb eines Hohlraums des Kühlelements angeordnet oder durch den Hohlraum des Kühlelements gebildet. Der Kühlfluidkanal ist von einer Kontaktfläche des Kühlelements fluidgetrennt. Beispielsweise ist die Kontaktfläche des Kühlelements vom Fluidkanal durch eine Wandung getrennt. Das Kühlfluid kommt folglich mit dem Leistungskontakt nicht in direkten Kontakt.
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Das Leistungskontaktsystem kann auch als Elektrokontaktsystem oder als Elektroanschlusskörpersystem bezeichnet werden. Der Leistungskontakt kann auch als Elektroanschlusskörper bezeichnet werden.
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Vorzugsweise weist das Leistungskontaktsystem eine der Anzahl der Leistungskontakte entsprechende Anzahl von Kühlelementen auf, die jeweils mit den zweiten Anschlussbereichen der Leistungskontakte verbunden sind.
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Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts weist eine zylinderförmige Kontaktfläche auf, und das Kühlelement weist eine hohlzylinderförmige Aufnahme auf, die mit der Kontaktfläche des zweiten Anschlussbereichs in direkten Kontakt bringbar ist.
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Ein entsprechend ausgebildetes Leistungskontaktsystem bietet den Vorteil, dass eine große Kontaktfläche zwischen dem Leistungskontakt und dem Kühlelement gebildet ist, wodurch eine große Kühlleistung des Leistungskontakts / der Leistungskontakte erreicht wird.
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Das Kühlelement ist auf den zweiten Anschlussbereich aufschiebbar, so dass der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts von der hohlzylinderförmigen Aufnahme des Kühlelements umschlossen ist. Der zweite Anschlussbereich ist folglich zumindest abschnittsweise zylinderförmig und/oder kegelförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist der gesamte zweite Anschlussbereich zylinderförmig ausgestaltet.
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Weiter vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts zumindest eine abgeflachte Kontaktfläche aufweist, und das Kühlelement zumindest eine der abgeflachten Kontaktfläche korrespondierende abgeflachte Verbindungsfläche aufweist, die mit der abgeflachten Kontaktfläche des zweiten Anschlussbereichs in direktem Kontakt bringbar ist.
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Ein entsprechend ausgebildetes Leistungskontaktsystem ist hinsichtlich seines Aufbaus besonders einfach und daher kostengünstig herzustellen.
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Die abgeflachte Kontaktfläche des zweiten Anschlussbereichs ist vorzugsweise eben ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass das Kühlelement ein Kühlelementgehäuse und einen mit diesem fluiddicht verbindbaren Kühlelementdeckel aufweist, wobei der Kühlfluidkanal in dem Kühlelementgehäuse angeordnet ist und der Kühlfluidzulaufanschluss und der Kühlfluidablaufanschluss sind in dem Kühlelementdeckel angeordnet sind.
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Ein entsprechend ausgebildetes Leistungskontaktsystem ist besonders einfach zu montieren und kann gegebenenfalls auch nachgerüstet werden. Der Kühlfluidzulaufanschluss ist mit dem Kühlfluidablaufanschluss mittels des Kühlfluidkanals fluidverbunden, wenn der Kühlelementdeckel mit dem Kühlelementgehäuse verbunden ist.
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Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass der Kühlfluidkanal durch einen Hohlraum im Kühlelement gebildet ist, der mit dem Kühlfluidzulaufanschluss und dem Kühlfluidablaufanschluss in Fluidverbindung steht. Dabei ist innerhalb des Hohlraums ein Trennelement zwischen einer dem Hohlraum zugewandten ersten Öffnung des Kühlfluidzulaufanschlusses und einer dem Hohlraum zugewandten zweiten Öffnung des Kühlfluidablaufanschlusses derart angeordnet, dass ein Kühlfluidstrom zwischen dem Kühlfluidzulaufanschluss und dem Kühlfluidablaufanschluss länger ist als eine direkte Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung.
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Das Trennelement verhindert folglich einen fluidtechnischen „Kurzschluss“ zwischen dem Kühlfluidzulaufanschluss und dem Kühlfluidablaufanschluss. Bei einem entsprechend ausgebildeten Leistungskontaktsystem wird der Leistungskontakt / die Leistungskontakte verbessert gekühlt, so dass größere Ladeströme über die Leistungskontakte übertragbar sind, ohne dass sich der Leistungskontakt / die Leistungskontakte übermäßig erhitzen.
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Das Trennelement kann dabei vorzugsweise durch einen Verschraubungsdom des Kühlelements realisiert sein.
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Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass die Oberflächen des Kühlelements, die in direkten Kontakt mit dem Kühlfluid kommen, aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet sind.
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Wenn die Oberflächen des Kühlelements, die mit dem Kühlfluid in direktem Kontakt stehen, aus dem elektrisch isolierenden gebildet sind, kann als Kühlfluid auch ein elektrisch leitendes Kühlfluid, beispielsweise Wasser verwendet werden.
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Es ist auch möglich, dass das gesamte Kühlelement aus dem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
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Das elektrisch isolierende Material kann ein Kunststoff oder eine Keramik sein. Ganz allgemein handelt es sich bei dem elektrisch isolierenden Material um ein dielektrisches Material. Beispielsweise kann das dielektrische Material ein Kunststoff sein, in dem ein Keramikpulver verteilt ist. Als Basismaterial können beispielsweise Epoxyharze und/oder Polyuretahharze und/oder Silikonharze verwendet werden. Als Füllstoffe für das Basismaterial kann beispielsweise Glas und/oder Aluminiumnitrid (AlN) und/oder Zirkonoxid (ZrO2) verwendet werden.
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Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass die Oberflächen des Kühlelements, die in direkten Kontakt mit dem Kühlfluid kommen, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildet sind.
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Wenn die Oberflächen des Kühlelements, die mit dem Kühlfluid in direktem Kontakt stehen, aus dem elektrisch leitenden gebildet sind, muss als Kühlfluid ein elektrisch nichtleitendes Kühlfluid, beispielsweise Ketone oder fluorisierte Ketone verwendet werden.
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Es ist auch möglich, dass das gesamte Kühlelement aus dem elektrisch leitenden Material gebildet ist. Das elektrisch leitende Material kann ein Metall sein, z.B. Stahl, Kupfer, Aluminium, usw.
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Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass die Verbindung zwischen dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts und dem Kühlelement mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste erfolgt.
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Dadurch werden unvermeidliche Spalten zwischen dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts und der Kontaktfläche des Kühlelements geschlossen, so dass ein verbesserter Wärmeübergang von dem Leistungskontakt zum Kühlelement gebildet ist.
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Ein thermisch leitender Klebstoff und/oder eine Wärmeleitpaste umfassen üblicherweise Keramik- und/oder Metallpartikel.
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Der erfindungsgemäße Ladestecker ermöglicht erhöhte Ladeströme bei Beibehaltung vorgegebener Leitungsquerschnitte, ohne dass sich der Ladestecker und Komponenten innerhalb des Ladesteckers, insbesondere der Leistungskontakte, während einer Stromübertragung übermäßig erhitzen.
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Der Ladestecker weist zwei Leistungskontakte und zwei jeweils mit einem Leistungskontakt verbundene Kühlelemente auf, und die beiden Kühlelemente sind in einem gemeinsamen Kühlkreislauf miteinander fluidverbunden. Es ist auch möglich, dass ein erstes Kühlelement in einem ersten Kühlkreislauf und ein zweites Kühlelement in einem zweiten Kühlkreislauf, der vom ersten Kühlkreislauf getrennt ist, angeordnet sind.
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Der Ladestecker ist derart ausgebildet, dass das in dem Ladesteckergehäuse angeordnete Leistungskontaktsystem zwei Leistungskontakte und zwei Kühlelemente aufweist, die mit den jeweiligen zweiten Anschlussbereichen der Leistungskontakte in direktem Kontakt stehen, wobei die Kühlfluidzulaufanschlüsse der zwei Kühlelemente mit der Kühlfluidzulaufleitung parallel fluidverbunden sind.
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Bei einem entsprechend ausgebildeten Ladestecker ist die Kühlung der Leistungskontakte besonders effektiv gelöst.
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Bei einem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass das in dem Ladesteckergehäuse angeordnete Leistungskontaktsystem zwei Leistungskontakte und zwei Kühlelemente aufweist, die mit den jeweiligen zweiten Anschlussbereichen der Leistungskontakte in direktem Kontakt stehen, wobei ein Kühlfluidzulaufanschluss eines ersten Kühlelements mit der Kühlfluidzulaufleitung fluidverbunden ist, und ein Kühlfluidzulaufanschluss eines zweiten Kühlelements mit einem Kühlfluidablaufanschluss des ersten Kühlelements fluidverbunden ist.
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Ein entsprechend ausgebildeter Ladestecker weist einen besonders einfachen Aufbau auf. Die Kühlelemente des Ladesteckers sind folglich seriell miteinander fluidverbunden.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie gelöst, die einen oben beschriebenen Ladestecker und eine Kühlfluidquelle aufweist, die mit dem Kühlfluidzulaufanschluss des Leistungskontaktsystems fluidverbunden ist.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
- 1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladesteckers;
- 2: einen frontseitigen Bereich des in Figur dargestellten Ladesteckers, wobei ein rückseitiger Bereich des Ladesteckers nicht dargestellt ist;
- 3A: einen Leistungskontakt eines erfindungsgemäßen Leistungskontaktsystems in Alleinstellung;
- 3B: ein erfindungsgemäßes Leistungskontaktsystem in einem auseinandergebauten Zustand;
- 3C: das in 3C dargestellte Leistungskontaktsystem in einem zusammengebauten Zustand;
- 3D: ein zweiteilig ausgebildetes Kühlelement des in den 3B und 3C dargestellten Leistungskontaktsystems in Alleinstellung;
- 3E: eine Frontalsicht eines Kühlelementgehäuses des in 3D dargestellten Kühlelements;
- 4A: ein Leistungskontaktsystem mit zwei Leistungskontakten, zwei Kühlelementen, Kühlfluidzulaufleitungen und Kühlfluidablaufleitungen im auseinandergebauten Zustand;
- 4B: das in 4A dargestellte Leistungskontaktsystem im zusammengebauten Zustand;
- 5: ein Leistungskontaktsystem (nicht Teil der Erfindung) in auseinandergebautem und zusammengebauten Zustand; und
- 6: ein Leistungskontaktsystem (nicht Teil der Erfindung) mit zwei Leistungskontakten, zwei Kühlelementen, Kühlfluidzulaufleitungen und Kühlfluidablaufleitungen im zusammengebauten Zustand.
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In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in andere Ausführungsformen verwendbar.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Ladestecker 100 zur Kopplung mit einer korrespondierenden und in den Figuren nicht dargestellten Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie dargestellt. Bei dem dargestellten Ladestecker 100 handelt es sich um einen Ladestecker 100 für das sogenannte Combined AC/DC-Charging System, dass ein Ladesteckersystem für Elektrofahrzeuge nach IEC 62196 ist, und ein AC-Laden (Wechselstrom) und ein DC-Laden (Gleichstrom) unterstützt. Das Combined AC/DC-Charging System besteht im Wesentlichen aus einer fahrzeugseitigen Buchse, dem sogenannten Inlet, und dem Ladestecker 100.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Ladestecker 100 ein Ladesteckergehäuse 110 auf, in dem ein Haltegriff 113 zur Handhabe des Ladesteckers 100 ausgebildet ist. Endseitig ist der Ladestecker 100 mit einem Versorgungskabel 140 verbunden, mittels dem der Ladestecker 100 mit einer nicht dargestellten Ladestation verbunden bzw. verbindbar ist. Eine frontseitige Kontaktseite 112 des Ladesteckers 100 ist in eine nicht dargestellte Ladebuchse, beispielsweise eines elektrobetriebenen Kraftfahrzeugs einführbar. Der Ladestecker 100 weist einen frontseitigen Bereich 100_1 und einen rückseitigen Bereich 100_2 auf.
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In 2 ist der frontseitige Bereich 100_1 in Alleinstellung und ohne den rückseitigen Bereich 100_2 des Ladesteckers 100 dargestellt, so dass ein Ladesteckergehäuseinnenraum 111 erkennbar ist. Der dargestellte Ladestecker 100 weist zwei im Ladesteckergehäuse 110 angeordnete Leistungskontakte 10 auf, die mit Bezug auf die 3A bis 6 weiter unten in dieser Schrift beschrieben werden. Die Leistungskontakte 10 sind mittels einer Befestigungseinrichtung 16, die als Befestigungsflansch 16 oder als Dichtflansch 16 bezeichnet werden kann, mit dem Ladesteckergehäuse 110 verbunden sind.
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Aus 2 ist ferner ersichtlich, dass aus dem frontseitigen Bereich 100_1 zweite Anschlussbereiche 12 der Leistungskontakte 10 in den Ladesteckergehäuseinnenraum 111 ragen. Die Leistungskontakte 10 sind Teil eines Leistungskontaktsystems 1, das detailliert mit Bezug auf die 3A bis 6 in dieser Schrift beschrieben wird.
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In den 3A bis 3E sind das Leistungskontaktsystem 1 und die Komponenten des Leistungskontaktsystems 1 teilweise in Alleinstellung dargestellt. Wie aus den 1 ersichtlich ist, umfasst der Leistungskontakt 10 einen ersten als Kontaktbuchse 11 ausgebildeten Anschlussbereich 11, der zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Batterie eines elektrobetriebenen Fahrzeuges sein kann, ausgebildet ist. Im Genaueren ist die Kontaktbuchse 11 zur Aufnahme eines in den Figuren nicht dargestellten Kontaktstiftes ausgebildet. Der erfindungsgemäße Leistungskontakt 10 umfasst ferner einen zweiten Anschlussbereich 20, der zur galvanischen Verbindung mit einem Ladekabel 120 ausgebildet ist. Das Ladekabel 120 wiederum ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden. Bei dieser elektrischen Energiequelle kann es sich beispielsweise um eine Ladestation für ein elektroangetriebenes Kraftfahrzeug handeln.
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Die Kontaktbuchse 11 ist segmentiert aufgebaut. Dazu weist die Kontaktbuchse 11 eine Vielzahl von Längsausnehmungen auf, sodass die Kontaktbuchse 11 eine der Anzahl der Längsausnehmungen entsprechende Anzahl von Mantelsegmenten 14 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mantelsegmente 14 als Zylindermantelsegmente 14 ausgebildet.
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Die radialen Abstände der Zylindermantelsegmente 14 sind zueinander variabel, d.h. die einzelnen Zylindermantelsegmente 14 können unter Vergrößerung der Längsausnehmungen auseinandergedrückt werden, wenn beispielsweise die Kontaktbuchse 11 auf einen in den Figuren nicht dargestellten und beispielsweise fahrzeugseitig bereitgestellten Kontaktstift aufgeschoben wird. Dadurch wird eine zuverlässige elektrische/galvanische Verbindung zwischen der Kontaktbuchse 11 und dem Kontaktstift erreicht.
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Der zweite Anschlussbereich 20 des Leistungskontakts 10 ist mit einem Ladekabel 120 galvanisch verbunden, sodass durch Einführen eines in den Figuren nicht dargestellten Kontaktstiftes in den Aufnahmeraum der Kontaktbuchse 11 über den Leistungskontakt 10 ein Ladestrom übertragbar ist.
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Das Leistungskontaktsystem 1 weist ferner ein mit dem zweiten Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 in direkten Kontakt bringbares Kühlelement 20 auf, das wiederum einen Kühlfluidzulaufanschluss 23 und einen Kühlfluidablaufanschluss 24 aufweist. Sowohl der Kühlfluidzulaufanschluss 23 als auch der Kühlfluidablaufanschluss 24 sind mit einem innerhalb des Kühlelements 20 angeordneten Kühlfluidkanal 25 fluidverbunden, sodass durch Einleiten eines Kühlfluids über den Kühlfluidzulaufanschluss 23 Wärme von dem Leistungskontakt 10, im Genaueren von dem zweiten Anschlussbereich 12 auf das Kühlfluid übertragen wird, wobei dann das erwärmte Kühlfluid über den Kühlfluidablaufanschluss 24 aus dem Kühlelement 20 abgeleitet wird.
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Das mit Bezug auf die 3A bis 4B dargestellte Kühlelement 20 weist eine hohlzylinderförmige Aufnahme 27 auf, die mit einer zylinderförmigen Kontaktfläche 13 des zweiten Anschlussbereichs 12 in direkten Kontakt bringbar ist. Für eine verbesserte Wärmeübertragung ist üblicherweise zwischen der Aufnahme 27 des Kühlelements 20 und der zylinderförmigen Kontaktfläche 13 eine Wärmeleitpaste und/oder ein thermisch leitender Klebstoff angeordnet, sodass unvermeidliche Spalten zwischen der hohlzylinderförmigen Aufnahme 27 und der zylinderförmigen Kontaktfläche 13 mittels der Wärmeleitpaste und/oder des thermisch leitenden Klebstoffs gefüllt werden.
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Aus 3D ist ersichtlich, dass das Kühlelement 20 zweistückig ausgebildet ist. Das Kühlelement 20 weist ein Kühlelementgehäuse 21 und einen mit dem Kühlelementgehäuse 21 fluiddicht verbindbaren Kühlfluiddeckel 22 auf. Der Kühlfluidkanal 25 ist als Hohlraum 25 des Kühlelementgehäuses 21 ausgebildet. Der Kühlelementzulaufanschluss 23 und der Kühlfluidablaufanschluss 24 sind in dem Kühlelementdeckel 22 angeordnet. Folglich steht der Hohlraum 25 in einem montierten Zustand des Kühlelements 20 sowohl mit dem Kühlfluidzulaufanschluss 23 und dem Kühlfluidablaufanschluss 24 in Fluidverbindung.
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Aus den 3D und 3E, die das Kühlelementgehäuse 21 in Frontalsicht darstellt, ist ersichtlich, dass innerhalb des Hohlraums 25 ein Trennelement 26 angeordnet ist, dass einen Fluidkurzschluss zwischen dem Kühlfluidzulaufanschluss 23 und dem Kühlfluidablaufanschluss 24 verhindert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 26 als Verschraubungsdom 26 ausgebildet. Das Trennelement 26 ist zwischen einer dem Hohlraum 24 zugewandten ersten Öffnung des Kühlfluidzulaufanschlusses 23 und einer dem Hohlraum 25 zugewandten zweiten Öffnung des Kühlfluidablaufanschlusses 24 angeordnet. Wie bereits erwähnt, verhindert das Trennelement 26, dass sich ein Kühlfluidstrom auf direktem Wege zwischen dem Kühlfluidzulaufanschluss 23 und dem Kühlfluid Ablaufanschluss 24 bildet. Folglich bewirkt das Trennelement 26, dass sich ein Kühlfluidstrom zwischen dem Kühlfluidzulaufanschluss 23 und dem Kühlfluidablaufanschluss 24 in dem Kühlelement 20 bildet, der länger ist als eine direkte Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Kühlleistung des Kühlelements 20.
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In den 4A und 4B ist das erfindungsgemäße Leistungskontaktsystem 1 in einem auseinandergebauten Zustand ( 4A) und in einem zusammengebauten Zustand (4B) dargestellt. Das Leistungskontaktsystem 1 weist dabei zwei Leistungskontakte 10 und zwei Kühlelemente 20 auf, die mit den jeweiligen zweiten Anschlussbereichen 12 der Leistungskontakte 10 in direktem Kontakt stehen. Die Kühlfluidzulaufanschlüsse 23 sind jeweils mit einer Kühlfluidzulaufleitung 130 fluidverbunden. Die Kühlfluidablaufanschlüsse 24 wiederum sind jeweils mit einer Kühlfluidablaufleitung 131 verbunden, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusammengeführt sind.
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Aus 4B ist ersichtlich, dass in dem Versorgungskabel 140 sowohl das Ladekabel 120 als auch die Kühlfluidzulaufleitungen 130 und die Kühlfluidablaufleitung 131 angeordnet sind.
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In 5 ist ein Leistungskontaktsystem 1 gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform zum einen in einem auseinandergebauten Zustand (linker Teil von 5) und in einem zusammengebauten Zustand (rechter Teil von 5) dargestellt. Das Leistungskontaktsystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich durch die geometrische Ausgestaltung des zweiten Anschlussbereichs 12 des Leistungskontakts 10 und der entsprechenden geometrischen Ausgestaltung des Kühlelements 20.
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Der zweite Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 weist eine abgeflachte Kontaktfläche 15 auf, und das Kühl-element 20 weist eine der abgeflachten Kontaktfläche 15 entsprechende abgeflachte Verbindungsfläche 28 auf, die mit der abgeflachten Kontaktfläche 15 des zweiten Anschlussbereichs 12 in direkten Kontakt bringbar ist.
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In 6 ist das Leistungskontaktsystem 1 gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform in einem angeschlossenen Zustand an zwei Kühlfluidzulaufleitungen 130 und zwei Kühlfluidablaufleitungen 131 dargestellt. Mit Ausnahme der geometrischen Ausgestaltung des zweiten Anschlussbereichs des Leistungskontakts 10 und der geometrischen Ausgestaltung des Kühlelements 20 kann das Leistungskontaktsystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform auch sämtliche Merkmale des Leistungskontaktsystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungskontaktsystem
- 10
- Leistungskontakt / Elektroanschlusskörper
- 11
- erster Anschlussbereich / Kontaktbuchse (des Leistungskontakts)
- 12
- zweiter Anschlussbereich (des Leistungskontakts)
- 13
- (zylinderförmige) Kontaktfläche (des zweiten Anschlussbereichs)
- 14
- Mantelsegment / Zylindermantelsegment (der Kontaktbuchse)
- 15
- (abgeflachte) Kontaktfläche (des zweiten Anschlussbereichs)
- 16
- Befestigungseinrichtung / Befestigungsflansch (des Leistungskontakts)
- 20
- Kühlelement
- 21
- Kühlelementgehäuse / erstes Kühlelementteil
- 22
- Kühlelementdeckel / zweites Kühlelementteil
- 23
- Kühlfluidzulaufanschluss
- 24
- Kühlfluidablaufanschluss
- 25
- Kühlfluidkanal / Hohlraum (des Kühlelementgehäuses)
- 26
- Trennelement / Verschraubungsdom (im Hohlraum des Kühlelementgehäuses)
- 27
- (hohlzylinderförmige) Aufnahme (des Kühlelements)
- 28
- (abgeflachte) Verbindungsfläche (des Kühlelements)
- 100
- Ladestecker / Steckverbinder
- 110
- Ladesteckergehäuse
- 100 1
- frontseitiger Bereich (des Ladesteckers)
- 100 2
- rückseitiger Bereich (des Ladesteckers)
- 111
- Ladesteckergehäuseinnenraum
- 112
- Kontaktseite (des Ladesteckergehäuses)
- 113
- Haltegriff (des Ladesteckergehäuses)
- 120
- Ladekabel (des Ladesteckers)
- 130
- Kühlfluidzulaufleitung (des Ladesteckers)
- 131
- Kühlfluidablaufleitung (des Ladesteckers)
- 140
- Versorgungskabel
