DE102017129281A1 - Liquid cooled contact element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System aus einem elektrischen Kontaktelement (1) und einem daran angeschlossenem Kabel (2), über welches dem Kontaktelement (1) Kühlflüssigkeit zuführbar ist, wobei der Hohlzylinder (6) endseitig eine Eintrittsöffnung (13) aufweist, in welcher die im Kabel geführte Kühlflüssigkeit in axialer Richtung in das Kontaktelement (1) einströmbar ist und wobei Anschlussteil (3) zumindest eine Öffnung (15) aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in radialer Richtung aus dem Kontaktelement (1) herausströmbar ist.The invention relates to a system comprising an electrical contact element (1) and a cable (2) connected thereto, via which cooling liquid can be fed to the contact element (1), wherein the hollow cylinder (6) has an inlet opening (13) at the end, in which the in Cable guided cooling liquid in the axial direction in the contact element (1) can be flowed in and wherein the connecting part (3) has at least one opening (15) through which the cooling liquid in the radial direction from the contact element (1) can be flowed out.
Description
Die Erfindung geht aus von einem System aus einem elektrischen Kontaktelement und einem daran angeschlossenen Kabel, über welches dem Kontaktelement Kühlflüssigkeit zuführbar ist, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.The invention is based on a system comprising an electrical contact element and a cable connected thereto, via which cooling fluid can be fed to the contact element, according to the preamble of the
Derartige Kontaktelemente werden insbesondere zur Übertragung hoher Ströme eingesetzt und beispielsweise in Ladesteckverbindern verwendet.Such contact elements are used in particular for the transmission of high currents and used for example in charging connectors.
Bei Elektrofahrzeugen ist ein schnelles Laden notwendig, wenn sich diese Technik gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor durchsetzen soll. Die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor können innerhalb von wenigen Minuten vollgetankt werden. Elektrofahrzeuge müssen hier mithalten können. Bei Schnellladevorgängen müssen besonders hohe Ströme eingesetzt werden, was zu einer starken Hitzeentwicklung bei Ladesteckverbindern führt. Wird bei den in den Ladesteckverbindern angeordneten Steckverbindern eine Grenztemperatur überschritten, wird der Ladevorgang verlangsamt oder komplett abgebrochen. Die kritische Grenztemperatur liegt derzeit bei etwa 90° Celsius.In electric vehicles, a fast charging is necessary if this technology is to prevail over conventional vehicles with internal combustion engine. The vehicles with internal combustion engine can be filled up within a few minutes. Electric vehicles must be able to keep up here. During fast charging processes, particularly high currents must be used, which leads to a high level of heat in charging connectors. If a limit temperature is exceeded for the connectors arranged in the charging connectors, the charging process is slowed down or completely aborted. The critical limit temperature is currently around 90 ° Celsius.
Stand der TechnikState of the art
Die
Bei dem beschriebenen Steckverbinder wird lediglich der Steckverbinder gekühlt. Bei den Kontaktelementen und den daran angeschlossenen elektrischen Leitern kann sich im Betrieb nach wie vor Wärme stauen, was zu einem Leistungsverlust des Steckverbinders und damit verbundenen längeren Ladevorgängen führen kann.In the described connector, only the connector is cooled. Heat can still build up in the contact elements and the electrical conductors connected to them during operation, which can lead to a loss of power of the connector and associated longer charging processes.
Aufgabenstellungtask
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein leistungsfähiges Kontaktelement, insbesondere für den Einsatz in Ladesteckverbindern, zu generieren.The object of the invention is to generate a powerful contact element, in particular for use in charging connectors.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the characterizing features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße System besteht aus einem elektrischen Kontaktelement und einem daran angeschlossenen Kabel, über welches dem Kontaktelement Kühlflüssigkeit zuführbar ist. Neben der Kühlflüssigkeit kann das Kontaktelement natürlich auch von einem im Kabel enthaltenen elektrischen Leiter mit einem Strom beaufschlagt werden.The system according to the invention consists of an electrical contact element and a cable connected thereto, via which cooling liquid can be fed to the contact element. In addition to the cooling liquid, the contact element can of course also be acted upon by an electrical conductor contained in the cable with a current.
Das Kontaktelement weist endseitig eine Eintrittsöffnung auf, in welcher die im Kabel geführte Kühlflüssigkeit in axialer Richtung in das Kontaktelement einströmbar ist. Die axiale Richtung entspricht in diesem Fall der Steckrichtung des Kontaktelements. Das Kontaktelement weist zumindest eine Öffnung auf, durch welche die Kühlflüssigkeit in radialer Richtung wieder aus dem Kontaktelement herausströmbar ist. Die radiale Richtung ist in diesem Fall etwa senkrecht zur Steckrichtung ausgerichtet. Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktelement ist optimal für den Einsatz in Ladesteckverbindern geeignet. Derartige Ladesteckverbinder werden beispielsweise zum Laden von Elektroautos eingesetzt.The contact element has at its end an inlet opening, in which the guided in the cable cooling liquid can be flowed into the contact element in the axial direction. The axial direction corresponds in this case the insertion direction of the contact element. The contact element has at least one opening through which the cooling liquid can be flowed out of the contact element in the radial direction. The radial direction is aligned approximately perpendicular to the insertion direction in this case. The electrical contact element according to the invention is optimally suitable for use in charging connectors. Such charging connectors are used for example for charging electric cars.
Das Kontaktelement weist ein Kontaktteil und ein Anschlussteil auf. Das Anschlussteil ist so ausgestaltet, dass es mit einem elektrischen Leiter eines Kabels verbindbar ist. Dem Kontaktelement ist Kühlflüssigkeit zuführbar. Im Anschlussteil des Kontaktelements sind Hohlräume vorhanden in denen Kühlflüssigkeit strömen und dabei Wärme aufnehmen und abführen kann. Das Anschlussteil ist dazu mit einer Zuflussleitung für Kühlflüssigkeit verbindbar. Der elektrische Leiter und die Zuflussleitung können am Kontaktelement angeschlossen werden.The contact element has a contact part and a connection part. The connection part is designed such that it can be connected to an electrical conductor of a cable. The contact element is supplied with cooling liquid. In the connection part of the contact element cavities are present in which flow cooling liquid and thereby absorb heat and can dissipate. The connection part is for this purpose connectable to an inflow line for cooling liquid. The electrical conductor and the inflow line can be connected to the contact element.
Vorteilhafterweise ist das elektrische Kontaktelement zumindest zweiteilig ausgeführt. Das Anschlussteil und das Kontaktteil werden jeweils von separaten Bauteilen gebildet. Die separaten Bauteile sind reversibel miteinander verbindbar.Advantageously, the electrical contact element is designed at least in two parts. The connection part and the contact part are each formed by separate components. The separate components can be reversibly connected to each other.
Die Zweiteiligkeit hat den Vorteil, dass das Kontaktteil nach einer bestimmten Anzahl von Steckzyklen ausgewechselt werden kann, während das Anschlussteil weiter benutzt werden kann. Ein Steckverbinder ist durch den Austausch der Kontaktteile wieder sehr schnell einsetzbar. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass das Anschlussteil und das Kontaktteil aus verschiedenen Werkstoffen gebildet sein können. Die Werkstoffe können je nach Bedürfnis gewählt werden. Beispielsweise kann das Kontaktteil mit einer besonders gut leitenden Beschichtung, beispielsweise mit einer Silber- oder Goldlegierung, versehen sein. Für das Anschlussteil ist eine derartige Beschichtung nicht notwendig. Hier kann diese entsprechend entfallen.The bipartite has the advantage that the contact part can be replaced after a certain number of mating cycles, while the connection part can continue to be used. A connector can be used very quickly by replacing the contact parts again. Another advantage of this design is that the connection part and the contact part can be formed of different materials. The materials can be chosen according to your needs. For example, the contact part may be provided with a particularly good conductive coating, for example with a silver or gold alloy. For the connection part such a coating is not necessary. Here this can be omitted accordingly.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können das Anschlussteil und das Kontaktteil miteinander verschraubbar ausgeführt sein. Dadurch ist es möglich ein durch diverse Steckzyklen verschlissenes Kontaktteil steckseitig aus dem Steckverbinder zu entfernen und durch ein neues Kontaktteil zu ersetzen.In an advantageous embodiment of the invention, the connection part and the contact part can be screwed together. This makes it possible for a worn through various mating cycles contact part plug side of the Remove connector and replace it with a new contact part.
Vorzugsweise ist das Kontaktteil des Kontaktelements als so genannte Buchse mit bevorzugt vier oder sechs Lamellen ausgebildet. Das Anschlussteil ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen davon axial abstehenden Hohlzylinder auf. In das Anschlussteil ist zumindest eine Öffnung, bevorzugt sind jedoch zwei, drei oder vier Öffnungen, eingebracht.Preferably, the contact part of the contact element is designed as a so-called socket with preferably four or six lamellae. The connection part is essentially cylindrical and has a hollow cylinder protruding axially from it. In the connection part is at least one opening, but preferably two, three or four openings, introduced.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind der Hohlraum der Öffnung oder die Hohlräume der Öffnungen mit dem Hohlraum des Hohlzylinders verbunden. In den Hohlzylinder des Anschlussteils ist Kühlflüssigkeit einströmbar und durch die Öffnung oder durch die Öffnungen kann die Kühlflüssigkeit wieder ausströmen. Die Kühlflüssigkeit kann hier direkt auf das Kontaktelement einwirken. Die Kühlwirkung tritt genau dort ein wo auch die Wärme im Betrieb entsteht. Daher ist die hier gezeigte Kühlung des Kontaktelements auch besonders effektiv, insbesondere dann, wenn das Kontaktelement in einem Ladesteckverbinder für Elektrofahrzeuge eingesetzt wird. Derartige Ladesteckverbinder benötigen keine zusätzliche Kühlung.In an advantageous variant of the invention, the cavity of the opening or the cavities of the openings are connected to the cavity of the hollow cylinder. Coolant can flow into the hollow cylinder of the connection part and the cooling liquid can flow out through the opening or through the openings. The cooling liquid can act directly on the contact element here. The cooling effect occurs exactly where the heat is generated during operation. Therefore, the cooling of the contact element shown here is also particularly effective, especially when the contact element is used in a charging connector for electric vehicles. Such charging connectors do not require additional cooling.
Das am erfindungsgemäßen Kontaktelement angeschlossene Kabel besteht im Querschnitt aus einer zentralen Kühlflüssigkeitsleitung. Um die Kühlflüssigkeitsleitung herum sind einzelne Leiter, hier Kupferadern, positioniert. Die Kupferadern werden von einer Folie umschlossen. Die Folie kann flüssigkeitsdicht sein. Auf dieser Folie liegen so genannte Pufferelemente auf, die letztendlich von einem festen Kabelmantel umschlossen sind. Die Pufferelemente sind ebenfalls hohl, so dass im Bereich zwischen Folie und Kabelmantel eine Kühlflüssigkeit strömen kann.The cable connected to the contact element according to the invention consists in cross section of a central coolant line. Individual conductors, here copper wires, are positioned around the coolant line. The copper wires are enclosed by a foil. The film can be liquid-tight. On this film are so-called buffer elements, which are ultimately enclosed by a fixed cable sheath. The buffer elements are also hollow, so that a cooling liquid can flow in the region between the film and the cable jacket.
Die Folie muss nicht flüssigkeitsdicht sein, sondern, sondern dient dazu, die Leiter bzw. das Kupfer zu bündeln und ein Gleiten zwischen Kupfer und den äußeren Pufferelementen zu erleichtern, insbesondere beim Biegen des gesamten Kabels. Die Kühlflüssigkeit kann also durchaus auch neben den kleinen Pufferelementen bzw. Kühlschläuchen fließen. Der besondere Charme der Pufferelemente bzw. kleinen Kühlschläuche ist die Abschirmung gegenüber dem Kabelmantel und die effektive, weil sehr direkte und großflächige, Wärmeaufnahme.The film does not have to be liquid-tight, but rather serves to bundle the conductors or copper and to facilitate sliding between copper and the outer buffer elements, especially when bending the entire cable. The coolant can therefore also flow next to the small buffer elements or cooling hoses. The special charm of the buffer elements or small cooling hoses is the shielding against the cable sheath and the effective, because very direct and large, heat absorption.
Durch diese effektive Wärmeaufnahme kann mit relativ wenig Umlaufvolumen gearbeitet werden, was einen kleinen Kühlflüssigkeitsdruck im gesamten Kühlsystem ermöglicht. Ein typischer Wert ist hier z.B.: Bei
Vorzugsweise verjüngt sich der Hohlzylinder endseitig und weist eine Eintrittsöffnung auf. Aufwärts von der Eintrittsöffnung gesehen ist auf dem Hohlzylinder eine kontinuierliche Lamellenstruktur aufgebracht. Die Lamellenstruktur dient einer gut leitenden Kontaktierung zwischen einem Leiter und dem Kontaktelement.Preferably, the hollow cylinder tapers at the end and has an inlet opening. Seen upwardly from the inlet opening, a continuous lamellar structure is applied to the hollow cylinder. The lamellar structure serves for a good conductive contact between a conductor and the contact element.
Die Eintrittsöffnung des Hohlzylinders wird in die zentrale Kühlflüssigkeitsleitung eingeschoben. Der Außendurchmesser der Austrittsöffnung und der Innendurchmesser der zentralen Kühlflüssigkeitsleitung sind dazu aufeinander abgestimmt.The inlet opening of the hollow cylinder is inserted into the central coolant line. The outer diameter of the outlet opening and the inner diameter of the central coolant line are matched to one another.
Auf die Lamellenstruktur des Hohlzylinders sind die einzelnen Leiter des oben beschriebenen Kabels gelegt. Mithilfe einer Crimphülse werden die Leiter auf die Lamellenstruktur festgepresst. Die Lamellenstruktur sorgt für eine besonders gut leitende Verbindung von den Leitern mit dem Anschlussteil.On the lamellar structure of the hollow cylinder, the individual conductors of the cable described above are laid. Using a crimping sleeve, the conductors are pressed onto the lamellar structure. The lamellar structure ensures a particularly good conductive connection of the conductors with the connection part.
Das Kontaktelement weist eine Hülse auf, die einseitig zumindest teilweise das Anschlussteil überdeckt. Im Anschlussteil sind zwei umlaufende Nuten eingebracht, in denen jeweils ein Dichtungsring eingelegt ist. Durch die Dichtungen wird der Überlappungsbereich von Hülse und Anschlussteil mediendicht abgedichtet. Das andere Ende der Hülse verläuft auf dem Kabelmantel des Kabels. Der Innendurchmesser der Hülse und der Außendurchmesser des Kabels sind aufeinander abgestimmt. Über eine Quetschung der Hülse kann der Überlappungsbereich von Hülse und Kabel mediendicht abgedichtet werden.The contact element has a sleeve which on one side at least partially covers the connection part. In the connection part, two circumferential grooves are introduced, in each of which a sealing ring is inserted. Due to the seals, the overlap area of sleeve and connection part is sealed media-tight. The other end of the sleeve runs on the cable sheath of the cable. The inner diameter of the sleeve and the outer diameter of the cable are matched. About a pinch of the sleeve, the overlap area of sleeve and cable can be sealed media-tight.
Die Kühlung des erfindungsgemäßen Kontaktelements verläuft wie folgt: Die im Kabel strömende Kühlflüssigkeit gelangt zum Anschlussteil des Kontaktelements und tritt in die Eintrittsöffnung des Hohlzylinders des Kontaktelements ein. Die Flüssigkeit ist in der Lage Wärmeenergie aufzunehmen. Über die Öffnung oder die Öffnungen im Anschlussteil des Kontaktelements tritt die Kühlflüssigkeit wieder aus dem Anschlussteil heraus und wird über das Kabel wieder abgeführt. Bei dem hier beschriebenen Kühlvorgang handelt es sich um einen Kreisprozess. Das Kontaktelement wird permanent mit frischer Kühlflüssigkeit umspült.The cooling of the contact element according to the invention proceeds as follows: The cooling liquid flowing in the cable reaches the connection part of the contact element and enters into the inlet opening of the hollow cylinder of the contact element. The liquid is able to absorb heat energy. Via the opening or the openings in the connection part of the contact element, the cooling liquid again emerges from the connection part and is discharged again via the cable. The cooling process described here is a cyclic process. The contact element is permanently lapped with fresh coolant.
Die Einströmrichtung der Kühlflüssigkeit ist senkrecht zu der Ausströmrichtung der Kühlflüssigkeit ausgerichtet. Die radial austretende und Wärmeenergie abführende Kühlflüssigkeit wird durch das Heranströmen an die das Anschlussteil überdeckende Hülse verwirbelt. Dieser Effekt trägt dazu bei die Wärmeenergie besonders effizient vom Kontaktelement weg zu transportieren.The inflow direction of the cooling liquid is aligned perpendicular to the outflow direction of the cooling liquid. The radially exiting and heat energy laxative cooling fluid is swirled by the rushing to the connection part covering sleeve. This effect helps to transport the heat energy particularly efficiently away from the contact element.
Ausführungsbeispiel embodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Kontaktelements mit einem angeschlossenen Kabel, -
2 eine perspektivische Explosionszeichnung des Kontaktelements mit einer Hülse auf dem Anschlussteil, -
3 eine perspektivische Darstellung eines Kontaktteils des Kontaktelements, -
4 eine perspektivische Darstellung eines Anschlussteils des Kontaktelements, -
5 eine perspektivische Darstellung einer Crimphülse, -
6 eine perspektivische Darstellung eines Kabels mit einer integrierten Kühlflüssigkeitsleitung, -
7 eine perspektivische Explosionszeichnung des Kontaktelements, -
8 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Steckverbinders mit integriertem Kontaktelement, -
9 eine perspektivische Darstellung des Kontaktelements mit angeschlossenem Kabel und einer zweiteiligen Crimphülse und -
10 eine Schnittdarstellung des Anschlussteils.
-
1 a perspective sectional view of a contact element with a cable connected, -
2 an exploded perspective view of the contact element with a sleeve on the connector, -
3 a perspective view of a contact part of the contact element, -
4 a perspective view of a connection part of the contact element, -
5 a perspective view of a crimp sleeve, -
6 a perspective view of a cable with an integrated coolant line, -
7 an exploded perspective view of the contact element, -
8th a perspective sectional view of a connector with integrated contact element, -
9 a perspective view of the contact element with attached cable and a two-part crimp sleeve and -
10 a sectional view of the connection part.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.The figures contain partially simplified, schematic representations. In part, identical reference numerals are used for the same but possibly not identical elements. Different views of the same elements could be scaled differently.
Die
Das Kontaktteil
Das am Kontaktelement
Die Eintrittsöffnung
Das Anschlussteil
Die Kühlflüssigkeit fließt über die zentrale Flüssigkeitsleitung
In einem entfernten System kann die Kühlflüssigkeit wieder runtergekühlt und in einem Kreislauf wieder der Eintrittsöffnung
In
Die
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kontaktelementcontact element
- 22
- Kabelelectric wire
- 33
- Anschlussteilconnector
- 44
- Kontaktteilcontact part
- 55
- Innengewindeinner thread
- 66
- Hohlzylinderhollow cylinder
- 77
- Lamellelamella
- 88th
- Zentrale KühlflüssigkeitsleitungCentral coolant line
- 99
- Leiterladder
- 1010
- Flüssigkeitsdichte FolieLiquid-tight foil
- 1111
- Pufferelementbuffer element
- 1212
- Kabelmantelcable sheath
- 1313
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 1414
- Lamellenstrukturlamellar structure
- 1515
- Öffnungenopenings
- 1616
- Hohlraumcavity
- 1717
- Hülseshell
- 1818
- Crimphülsecrimp barrel
- 1919
- Nutgroove
- 2020
- Pfeilarrow
- 2121
- Pfeilarrow
- 2222
- Pfeilarrow
- 2323
- SteckverbinderConnectors
- 2424
- Kabelabgangcable outlet
- 2525
- Bohrungdrilling
- 2626
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 2727
- Rändelungknurling
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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