DE102018125835A1

DE102018125835A1 - Kabelbaugruppe mit einer Kühlleitung und einer Zugentlastungsbaugruppe

Info

Publication number: DE102018125835A1
Application number: DE102018125835.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Führer; Robert Babezki
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Eine Kabelbaugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms umfasst ein Kabel (2), das zumindest eine elektrische Lastleitung (22) zum Leiten eines elektrischen Stroms und zumindest eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte Kühlleitung (23, 24) zum Führen eines Kühlmittels aufweist. Zudem ist eine Zugentlastungsbaugruppe (5) vorgesehen, die ein Basisteil (50) und zumindest ein mit dem Basisteil (50) verbindbares Klemmteil (51) aufweist, wobei zwischen dem Basisteil (50) und dem zumindest einen Klemmteil (51) zumindest eine Führungsöffnung (501) zum Führen der zumindest einen Kühlleitung (23, 24) und zumindest eine Klemmöffnung (503, 504) zum klemmenden Aufnehmen der zumindest einen Lastleitung (22) gebildet sind. Auf diese Weise wird eine wirksame Zugentlastung bei einer Kabelbaugruppe mit einer Kühlleitung, insbesondere zur Verwendung im Rahmen eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kabelbaugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kabelbaugruppe umfasst ein Kabel, das zumindest eine elektrische Lastleitung zum Leiten eines elektrischen Stroms und zumindest eine in dem Kabelschlauch erstreckte Kühlleitung zum Führen eines Kühlmittels aufweist.
Ein Kabel dieser Art kann insbesondere als Ladekabel zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. In diesem Fall kann das Kabel beispielsweise einerseits an eine Ladestation angeschlossen sein und andererseits ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers tragen, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können. Dies kann erforderlich machen, das Kabel zu kühlen.
Eine Lösung, um einer solchen Erwärmung an dem Kabel entgegenzuwirken, könnte darin liegen, den Querschnitt der Lastleitung in dem Kabel weiter zu vergrößern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass das Kabel insgesamt schwerer und weniger flexibel wird, so dass die Handhabbarkeit des Kabels für einen Nutzer beeinträchtigt sein kann.
Ein aus der DE 10 2010 007 975 B4 bekanntes Ladekabel weist eine Kühlleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlleitung der DE 10 2010 007 975 B4 dient hierbei zum einen zum Abführen von an einem Energiespeicher eines Fahrzeugs entstehender Verlustwärme, zudem aber auch zum Kühlen des Kabels an sich.
Bei einem aus der DE 10 2011 100 389 A1 bekannten Kabel in Form eines Ladekabels zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs ist eine Kühlleitung in einem Kabelschlauch verlegt, die einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein Kühlmittel bereitstellt, um Wärme an dem Kabel aufzunehmen und von dem Kabel abzuführen.
Kabel, insbesondere Kabel mit Lichtwellenleitern, wie sie beispielsweise aus der EP 0 126 509 B1 und der DE 297 11 024 A1 bekannt sind, weisen häufig Fasern auf, um eine Zugentlastung an dem Kabel bereitzustellen und auf diese Weise eine axiale Belastung insbesondere von Lichtwellenleitern des Kabels zu vermeiden.
In einem Kabel, insbesondere einem Ladekabel, werden elektrische Lastleitungen und Kühlleitungen üblicherweise in einem Verbund gemeinsam geführt derart, dass Wärme über die Kühlleitungen an den Lastleitungen aufgenommen werden kann und somit eine Kühlung an den Lastleitungen entlang des Kabels bereitgestellt werden kann. Bei Verwendung des Kabels mit einem Steckverbinderteil, zum Beispiel einem Ladestecker, ist jedoch erforderlich, diesen Verbund aus elektrischen Lastleitungen und Kühlleitungen dort aufzuheben, wo die Lastleitungen innerhalb des Steckverbindergehäuses an zugeordnete elektrische Baugruppen, insbesondere elektrische Kontaktelemente, angeschlossen werden. Insbesondere innerhalb eines Steckverbindergehäuses sind Lastleitungen somit herkömmlich über eine gewisse Länge frei erstreckt und werden nicht mehr direkt gekühlt. Es besteht somit ein Bedürfnis danach, insbesondere dort, wo der Verbund zwischen Lastleitungen und Kühlleitungen funktionsbedingt aufgehoben werden muss, eine Kühlung bereitzustellen.
Zudem ist die Verwirklichung einer Zugentlastung an einem Kabel, insbesondere einem Ladekabel für ein Ladesystem eines Elektrofahrzeugs, das eine oder mehrere Kühlleitungen umfasst, mit herkömmlichen Mitteln nicht ohne weiteres möglich. Insbesondere können die in einem Kabelschlauch geführten Lastleitungen und Kühlleitungen nicht ohne weiteres zum Beispiel in einem Steckverbinderteil geklemmt werden, weil die Kühlleitungen flexibel und nachgiebig sind und somit ein Verklemmen zu einer Reduzierung des Leitungsquerschnitts und somit gegebenenfalls zu einem Abklemmen einer Kühlleitung führen könnte. Die Nachgiebigkeit der Kühlleitungen hat zudem einen Einfluss auf die Wirksamkeit einer Klemmung und somit den axialen Halt und die Belastbarkeit einer Zugentlastung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wirksame Zugentlastung bei einer Kabelbaugruppe mit einer Kühlleitung, insbesondere zur Verwendung im Rahmen eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, bei zudem effektiver Kühlung an elektrischen Lastleitungen insbesondere am Übergang zwischen dem Kabel und einem angeschlossenen Steckverbinderteil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach umfasst die Kabelbaugruppe eine Zugentlastungsbaugruppe, die ein Basisteil und zumindest ein mit dem Basisteil verbindbares Klemmteil aufweist, wobei zwischen dem Basisteil und dem zumindest einen Klemmteil zumindest eine Führungsöffnung zum Führen der zumindest einen Kühlleitung und zumindest eine Klemmöffnung zum klemmenden Aufnehmen der zumindest einen Lastleitung gebildet sind.
Die Zugentlastungsbaugruppe ist demnach mehrteilig ausgebildet, mit einem Basisteil und einem oder mehreren daran ansetzbaren Klemmteilen. Zwischen dem Basisteil und einem zugeordneten Klemmteil sind eine oder mehrere Führungsöffnungen zum Führen einer oder mehrerer Kühlleitungen und zudem eine oder mehrere Klemmöffnungen zum klemmenden Aufnehmen einer oder mehrerer Lastleitungen gebildet. Die Führung einer Kühlleitung in einer zugeordneten Führungsöffnung kann hierbei derart sein, dass es nicht zu einem Verklemmen der Kühlleitung in der Führungsöffnung kommt und somit, trotz ihrer Flexibilität und Nachgiebigkeit, die Kühlleitung in ihrer Querschnittsform bei Führung durch die Zugentlastungsbaugruppe nicht (wesentlich) verändert wird. Eine Lastleitung wird demgegenüber in einer zugeordneten Klemmöffnung verklemmt, sodass über die Lastleitung eine wirksame Zugentlastung an der Zugentlastungsbaugruppe bereitgestellt wird.
Weil die zumindest eine Lastleitung und die zumindest eine Kühlleitung zwischen dem Basisteil und dem Klemmteil aufgenommen sind, wird zudem ein günstiger Wärmeübergang zwischen der zumindest einen Lastleitung, der zumindest einen Kühlleitung und dem Basisteil erreicht. Weil die Lastleitung klemmend gegen das Basisteil gepresst wird, kann Wärme aus der Lastleitung in günstiger Weise in das Basisteil eintreten. Weil zudem die Kühlleitung in Anlage mit dem Basisteil ist, kann über die Kühlleitung Wärme von dem Basisteil abgeleitet werden. Ist das Basisteil aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere einem metallenen Werkstoff, hergestellt, erfüllt das Basisteil somit die Funktion eines Kultkörpers, über den Wärme an der zumindest einen Lastleitung aufgenommen und hin zu der zumindest einen Kühlleitung geleitet werden kann.
Die Zugentlastungsbaugruppe dient somit einerseits zur Zugentlastung, andererseits aber auch zur Kühlung. Ist das Kabel zum Beispiel über die Zugentlastungsbaugruppe an einem Steckverbinderteil angeordnet, kann über die Zugentlastungsbaugruppe am Übergang zwischen dem Kabel und dem Steckverbinderteil eine Kühlung an den Lastleitungen bereitgestellt werden, also dort, wo der im Kabel bestehende Verbund zwischen den Lastleitungen und die Kühlleitungen aufgehoben werden muss, um die Lastleitungen an zugeordnete elektrische Baugruppen des Steckverbinders, insbesondere elektrische Kontaktelemente, anzuschließen.
Mittels der Zugentlastungsbaugruppe werden separate Öffnungen, an denen Kühlleitungen einerseits und Lastleitungen andererseits aufgenommen werden, bereitgestellt. Dadurch, dass Kühlleitungen und Lastleitungen separat an der Zugentlastungsbaugruppe an jeweils zugeordneten Öffnungen aufgenommen werden, können die Kühlleitungen und die Lastleitungen individuell an der Zugentlastungsbaugruppe geführt werden, sodass Lastleitungen individuell an der Zugentlastungsbaugruppe zum Zwecke der Zugentlastung verklemmt werden können, ohne auch Kühlleitungen an der Zugentlastungsbaugruppe zu verklemmen.
Ist das Basisteil und/oder das zumindest eine Klemmteil aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere einem Metallmaterial, gefertigt, kann somit über das Basisteil und/oder das Klemmteil Wärme an den Lastleitungen aufgenommen, hin zu den Kühlleitungen geleitet und über die Kühlleitungen abtransportiert werden. Aufgrund der großflächigen Anlage der Lastleitungen einerseits und der Kühlleitungen andererseits mit dem Basisteil und dem zumindest einen Klemmteil wird hierbei ein effektiver Wärmeübergang zwischen dem Basisteil und dem zumindest einen Klemmteil einerseits und den Lastleitungen bzw. den Kühlleitungen andererseits geschaffen.
Es wird somit eine effektive Kühlung mit integrierter Zugentlastung insbesondere am Übergang zwischen einem Kabel und einem Steckverbinderteil zur Verfügung gestellt. Über die zumindest eine Kühlleitung sind das Basisteil und/oder das zumindest eine Klemmteil aktiv gekühlt, und somit wird eine effektive Kühlung an der durch die Zugentlastungsbaugruppe hindurch geführten, zumindest einen Lastleitung bereitgestellt.
Das Verklemmen der Lastleitungen an der Zugentlastungsbaugruppe wird dadurch bewirkt, dass das zumindest eine Klemmteil unter Zwischenlage der Lastleitungen an das Basisteil angesetzt wird. Die Lastleitungen werden hierbei jeweils in einer zugeordneten Klemmöffnung aufgenommen, und durch Ansetzen eines oder mehrerer Klemmteile werden die Lastleitungen an dem Basisteil verklemmt.
Das Verklemmen einer Lastleitung kann hierbei entlang der gesamten Erstreckungslänge der zugeordneten Klemmöffnung durch die Zugentlastungsbaugruppe hindurch erfolgen. Denkbar und möglich ist aber auch, dass die Lastleitung nur in einem Teilabschnitt der Erstreckungslänge in der zugeordneten Klemmöffnung verklemmt wird, um eine Zugentlastung an der Lastleitung bereitzustellen.
In einer Ausgestaltung weist die Zugentlastungsbaugruppe zwei Klemmteile auf, die an unterschiedliche Seiten des Basisteils angesetzt werden können. An jeder Seite des Basisteils können hierbei zum Beispiel eine Führungsöffnung und eine oder mehrere Klemmöffnungen geformt sein, sodass durch Ansetzen der Klemmteile beidseitig Kühlleitungen und Lastleitungen zwischen dem Basisteil und den Klemmteilen aufgenommen und, im Falle der Lastleitungen, zum Zwecke der Zugentlastung verklemmt werden können.
Zum Verklemmen der Lastleitungen in den zugeordneten Klemmöffnungen weisen die Klemmöffnungen jeweils einen, im Vergleich zum Leitungsquerschnitt der Lastleitungen, reduzierten Öffnungsquerschnitt auf, sodass die Lastleitungen unter einer Presspassung in der jeweils zugeordneten Klemmöffnung einliegen und somit innerhalb der Klemmöffnung verklemmt und dadurch axial festgelegt sind. Auf diese Weise wird eine Zugentlastung für die Lastleitungen an der Zugentlastungsbaugruppe geschaffen.
In einer Ausgestaltung sind eine Kühlleitung und eine Lastleitung derart an der Zugentlastungsbaugruppe geführt, dass sich die Kühlleitung und die Lastleitung kreuzen. Am Ort der Kreuzung ist die Lastleitung vorteilhafterweise nicht zu der Zugentlastungsbaugruppe verklemmt, sodass am Kreuzungspunkt auch keine Presswirkung auf die Kühlleitung ausgeübt wird. Durch Vorsehen einer Kreuzung können die Kühlleitung und die Lastleitung so zueinander verlegt und aus der Zugentlastungsbaugruppe herausgeführt werden, dass die Kühlleitung und die Lastleitung sich in gewünschter Weise zum Beispiel in ein Steckverbinderteil hinein erstrecken.
In einer Ausgestaltung weist das Basisteil eine zentrale Führungsöffnung zum Aufnehmen einer Kühlleitung auf. Die zentrale Führungsöffnung kann als Bohrung durch das Basisteil hindurch erstreckt sein und ist somit unabhängig von einem an das Basisteil anzusetzenden Klemmteil. In der zentralen Führungsöffnung kann eine Kühlleitung ohne Presswirkung durch das Basisteil hindurch geführt sein.
Über die Zugentlastungsbaugruppe wird eine Zugentlastung für das Kabel durch klemmendes Einwirken auf Lastleitungen des Kabels geschaffen. Die Zugentlastungsbaugruppe soll zudem auch eine Kühlwirkung bereitstellen, indem über die Zugentlastungsbaugruppe Wärme an den Lastleitungen aufgenommen und hin zu den an der Zugentlastungsbaugruppe geführten Kühlleitungen geleitet wird. Hierzu sind das Basisteil und die daran anzusetzenden Klemmteile vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere einem Metallwerkstoff, zum Beispiel Aluminium, gefertigt, sodass Wärme in günstiger Weise an den Lastleitungen aufgenommen und von den Lastleitungen abgeleitet werden kann. Über die Zugentlastungsbaugruppe kann somit eine günstige Kühlwirkung insbesondere an einem Ende des Kabels, zum Beispiel im Bereich eines Übergangs hin zu einem Steckverbinderteil, geschaffen werden, also an einem solchen Ort, an dem die Lastleitungen in das Steckverbinderteil zum Zwecke des Anschlusses innerhalb des Steckverbinderteils hinein geführt sind.
Um den Wärmeübergang zwischen den Lastleitungen und der Zugentlastungsbaugruppe und/oder zwischen den Kühlleitungen und der Zugentlastungsbaugruppe noch zu verbessern, kann in die Klemmöffnungen und/oder in die Führungsöffnungen ein wärmeleitendes Medium, zum Beispiel eine Wärmeleitpaste, eingebracht sein, indem Wandungen der Klemmöffnungen und/oder der Führungsöffnungen mit dem wärmeleitenden Medien überdeckt sind und die Lastleitungen und/oder die Kühlleitungen somit über das wärmeleitende Medium in flächiger Anlage mit dem Basisteil und/oder den Klemmteilen sind. Auf diese Weise kann eine Wärmeaufnahme an den Lastleitungen und ein Wärmeeintrag in die Kühlleitungen noch verbessert sein.
In einer Ausgestaltung ist zum Beispiel an einem Ende des Kabels ein Steckverbinderteil, zum Beispiel in Form eines Ladesteckers, angeordnet, über den das Kabel an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil angeschlossen werden kann. Das Steckverbinderteil kann zum Beispiel ein Gehäuse aufweisen, in dem die Zugentlastungsbaugruppe zum Beispiel formschlüssig und somit drehfest aufgenommen ist. Die Zugentlastungsbaugruppe kann hierzu im Querschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung des Kabels eine nicht rotationssymmetrische Form aufweisen und in einer komplementären Aufnahme innerhalb des Gehäuses aufgenommen sein, sodass die Zugentlastungsbaugruppe nicht innerhalb des Gehäuses um die Längserstreckungsrichtung des Kabels verdreht werden kann und somit an dem Kabel wirkende Torsionskräfte auf das Gehäuse übertragen werden können.
Eine Kabelbaugruppe der hier beschriebenen Art kann vorteilhafterweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Das Kabel kann in diesem Fall zum Beispiel an eine Ladestation angeschlossen sein und an einem von der Ladestation abliegenden Ende ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers zum Einstecken in ein Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse auf Seiten eines Fahrzeugs tragen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Ladestation mit einem daran angeordneten Kabel;
2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils des Kabels;
3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kabels in Form eines Ladekabels;
4 eine Querschnittsansicht des Kabels;
5 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils mit einer an einem Kabel angeordneten Zugentlastungsbaugruppe;
6 eine teilweise freigeschnittene Ansicht des Steckverbinderteils mit in einem Gehäuse des Steckverbinderteils aufgenommener Zugentlastungsbaugruppe;
7 eine gesonderte Ansicht der Zugentlastungsbaugruppe an dem Kabel;
8 eine gesonderte Ansicht der Zugentlastungsbaugruppe;
9 eine Ansicht der Zugentlastungsbaugruppe, mit von einem Basisteil getrennten Klemmteilen;
10 eine frontale Ansicht der Anordnung gemäß 9;
11 eine andere Ansicht der Zugentlastungsbaugruppe mit von dem Basisteil getrennten Klemmteilen;
12 eine rückseitige Ansicht der Anordnung gemäß 11;
13 eine frontale Ansicht der Anordnung gemäß 11;
14 eine Seitenansicht der Zugentlastungsbaugruppe;
15 eine Seitenansicht des Basisteils der Zugentlastungsbaugruppe; und
16 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß 14.

1 zeigt eine Ladestation 1, die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Die Ladestation 1 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms zur Verfügung zu stellen und weist ein Kabel 2 auf, das mit einem Ende 201 mit der Ladestation 1 und mit einem anderen Ende 200 mit einem Steckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
Wie aus der vergrößerten Ansicht gemäß 2 ersichtlich, weist das Steckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Steckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 40 in Form einer Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 in Eingriff gebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Ladestation 1 elektrisch mit dem Fahrzeug 4 verbunden werden, um Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 zu übertragen.
Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 200 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 350 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an den Leitungen des Kabels 2 zu thermischen Verlusten, die zu einem Erwärmen des Kabels 2 führen können. Bei den an einer Ladestation 1 heutzutage verwendeten Stromstärken können beispielsweise thermische Verluste im Bereich von 150 W pro Meter des Kabels 2 oder gar mehr auftreten, was mit einer erheblichen Erwärmung an dem Kabel 2 einhergehen kann.
Einer großen Stromstärke könnte generell durch Verwenden von elektrischen Leitungen mit großem Leitungsquerschnitt begegnet werden. Dies erhöht jedoch nicht nur die Kosten des Kabels 2, sondern beeinträchtigt zudem die Handhabbarkeit des Kabels 2, weil mit dem Leitungsquerschnitt auch das Gewicht der Leitungen und damit des Kabels 2 steigt. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer aktiven Kühlung des Kabels 2, mit der eine übermäßige Erwärmung des Kabels 2 vermieden werden kann, ohne dass hierzu zwingend eine übermäßige Vergrößerung des Leitungsquerschnitts der in dem Kabel 2 verlegten Leitungen erforderlich ist.
Bei einem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kabels 2 sind daher in einem Kabelschlauch 20 Kühlleitungen 23, 24 verlegt, die einen Kühlmittelfluss innerhalb des Kabels 2 bereitstellen und auf diese Weise Wärme an den in dem Kabelschlauch 20 erstreckten Lastleitungen 22 aufnehmen und abführen können.
Wie aus 3 und der Querschnittansicht gemäß 4 ersichtlich, weist das Kabel 2 einen äußeren Kabelschlauch 20 aus einem elektrisch isolierenden, flexiblen Material auf, an dessen Innenseite ein Schirmleiter 21 angeordnet ist. Der Schirmleiter 21 befindet sich auf einem elektrischen Massepotential und dient zur elektromagnetischen Abschirmung der in den Kabelschlauch 20 erstreckten Lastleitungen 22 nach außen hin.
Im Inneren des Kabelschlauchs 20 ist eine Mehrzahl von Lastleitungen 22 verlegt, die zum Übertragen eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms dienen können und auf Seiten des Steckverbinderteils 3 mit Kontaktelementen an den Steckabschnitten 300, 301 verbunden sind. Jede Lastleitung 22 weist eine elektrisch leitende Leitungsader 220 auf, die von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 221 umhüllt ist. Über die Lastleitungen 22 werden Lastströme hin zum Steckverbinderteil 3 übertragen, sodass bei an die Ladebuchse 40 auf Seiten des Elektrofahrzeugs angeschlossenem Steckverbinderteil 3 Ladeströme zum Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 übertragen werden können.
Das Kabel 2 weist, wie insbesondere aus der Querschnittansicht gemäß 4 ersichtlich, eine zentrale, erste Kühlleitung 23 auf, die beispielsweise einen Zulauf von Kühlmittel hin zum Steckverbinderteil 3 bereitstellt. Um die zentrale, erste Kühlleitung 23 herum sind die Lastleitungen 22 sowie zwei zweite Kühlleitungen 24 gruppiert, über die beispielsweise ein Rücklauf des Kühlmittels von dem Steckverbinderteil 3 zurück zur Ladestation 1 bereitgestellt werden kann.
Zudem sind Signalleitungen 27 in dem Kabelschlauch 20 eingefasst, über die Steuersignale von der Ladestation 1 hin zum Steckverbinderteil 3 und umgekehrt übertragen werden können. Füllelemente 26 dienen dazu, das Innere des Kabelschlauchs 20 derart auszufüllen, dass der Kabelschlauch 20 im Querschnitt eine zumindest näherungsweise kreisförmige Gestalt einnimmt, wie dies aus 4 ersichtlich ist.
Das Kabel 2 ist entlang einer Längsachse L erstreckt, dabei aber flexibel biegbar. Die zentrale, erste Kühlleitung 23 ist koaxial zu der Längsachse L. Die Lastleitungen 22 und die zweiten Kühlleitungen 24 sind um die Längsachse L herum umfänglich an der zentralen, ersten Kühlleitung 23 verteilt.
Die zentrale, erste Kühlleitung 23, die zweiten Kühlleitungen 24 und die Lastleitungen 22 weisen im Querschnitt eine jeweils zumindest näherungsweise kreisförmige Gestalt auf, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Zwischen der zentralen, ersten Kühlleitung 23, den zweiten Kühlleitungen 24 und den Lastleitungen 22 ergeben sich somit Zwischenräume Z, in denen, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4, Elemente 25 zum Verwirklichen von Füllelementen oder zur Verwirklichung von Zugentlastungselementen angeordnet sein können, die sich längs innerhalb des Kabelschlauchs 20 erstrecken.
5 bis 16 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 3 mit einem daran angeordneten Kabel 2 und einer Zugentlastungsbaugruppe 5, die zum Bereitstellen einer Zugentlastung und zudem zur Kühlung an Lastleitungen 22 an dem dem Steckverbinderteil 3 zugeordneten Ende 200 des Kabels 2 dient.
Wie zum Beispiel aus den Explosionsansichten gemäß 9 bis 13 ersichtlich, weist die Zugentlastungsbaugruppe 5 ein zentrales Basisteil 50 auf, an das zwei Klemmteile 51 angesetzt werden können. An dem Basisteil 50 sind, wie zum Beispiel aus 11 bis 13 ersichtlich, beidseitig je eine Führungsöffnung 501 zum Aufnehmen einer (zweiten) Kühlleitung 24 sowie Klemmöffnungen 503, 504 zum Aufnehmen je einer Lastleitung 22 geformt. Das Basisteil 50 weist zudem eine zentrale Führungsöffnung 500 auf, die sich durch das Basisteil 50 längs hindurch erstreckt und die zum Aufnehmen der zentralen (ersten) Kühlleitung 23 dient. Eine Lastleitung 22 ist darüber hinaus mittig oberhalb der Führungsöffnung 500 an dem Basisteil 50 geführt.
Zur Montage und zur Bereitstellung der Zugentlastung werden, wie dies zum Beispiel aus 9 ersichtlich ist, die Kühlleitungen 23, 24 an das Basisteil 50 angesetzt und zudem die Lastleitungen 22 an dem Basisteil 50 verlegt. Eine jede der (zweiten) Kühlleitungen 24 wird hierbei in eine zugeordnete Führungsöffnung 501 an einer der Seiten des Basisteils 50 eingelegt und formschlüssig in der zugeordneten Führungsöffnung 501 aufgenommen, ohne dass die Kühlleitung 24 in der zugeordneten Führungsöffnung 501 verpresst wird. Die in die Klemmöffnungen 503, 504 eingesetzten Lastleitungen 22 werden demgegenüber klemmend in den zugeordneten Klemmöffnungen 503, 504 aufgenommen, sodass bei an das Basisteil 50 angesetzten Klemmteilen 51 die Lastleitungen 21 zwischen dem Basisteil 50 und den Klemmteilen 51 verklemmt und dadurch axial auf Zug belastbar an der Zugentlastungsbaugruppe 5 festgelegt sind.
An den Klemmteilen 51 sind jeweils Klemmabschnitte 511, 512 ausgebildet, die den Klemmöffnungen 503, 504 zugeordnet sind und bei an das Basisteil 50 angesetzten Klemmteilen 51 klemmend auf die zugeordneten Lastleitungen 22 einwirken. Bei angesetzten Klemmteilen 51 ist die lichte Weite der Klemmöffnungen 503, 504 insbesondere im Bereich der Klemmabschnitte 511, 512 (an dem dem Kabel 2 zugewandten Ende der Zugentlastungsbaugruppe 5) gegenüber dem Leitungsquerschnitt der Lastleitungen 22 reduziert, sodass die Lastleitungen 22 unter Presspassung in den zugeordneten Klemmöffnungen 503, 504 aufgenommen und dadurch innerhalb der Zugentlastungsbaugruppe 5 verklemmt sind.
Die Klemmabschnitte 511, 512, über die eine Klemmwirkung auf die Lastleitungen 22 an der Zugentlastungsbaugruppe 5 bewirkt wird, erstrecken sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über die gesamte Erstreckungslänge der Klemmöffnungen 503, 504, sondern sind in Form von von den Klemmteilen 51 vorstehenden Abschnitten nur eingangsseitig der Zugentlastungsbaugruppe 5 ausgebildet, um lediglich örtlich eine Klemmwirkung zum Zwecke der Zugentlastung bereitzustellen.
Innenseitig eines jeden Klemmteils 51 ist zudem eine Führungsöffnung 510 in Form einer konkaven Ausnehmung geformt, die der Führungsöffnung 501 an der zugeordneten Seite des Basisteils 50 zugeordnet ist. Bei angesetzten Klemmteilen 51 sind die Kühlleitungen 24 innerhalb der Zugentlastungsbaugruppe 5 umschlossen, ohne dabei innerhalb der Zugentlastungsbaugruppe 5 verpresst und in ihrem Strömungsquerschnitt reduziert zu sein.
Bei an das Basisteil 50 angesetzten Klemmteilen 51 liegen die Klemmteile 51 mit Flächenabschnitten 513 flächig an zugeordneten Flächenabschnitten 502 des Basisteils 50 an und sind über geeignete Befestigungsmittel, zum Beispiel in Form von Schrauben, mit dem Basisteil 50 verbunden.
Die Lastleitungen 22 und die Kühlleitungen 23, 24 erstrecken sich durch die Zugentlastungsbaugruppe 5 ausgehend von dem Kabel 2 hindurch und in das Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 hinein. Die Lastleitungen 22 treten hierbei an durch Ausnehmungen 505, 514 am Basisteil 50 und an den Klemmteilen 51 gebildeten Ausgängen aus der Zugentlastungsbaugruppe 5 aus und in das Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 ein, um innerhalb des Steckverbinderteils 3 über geeignete Anschlüsse mit an den Steckabschnitten 300, 301 angeordneten Kontaktelementen zu kontaktieren.
Wie zum Beispiel aus 9 ersichtlich, kreuzt an jeder der beiden Seiten des Basisteils 50 eine Lastleitung 22 eine (zweite) Kühlleitung 24. Aufgrund der Kreuzung kann die Lastleitung 22 zu dem durch die Ausnehmungen 505, 514 gebildeten, zugeordneten Ausgang der Zugentlastungsbaugruppe 5 geführt werden, wobei am Orte der Kreuzung die Lastleitung 22 nicht innerhalb der Zugentlastungsbaugruppe 5 verklemmt ist und somit auch keine Presswirkung auf die Kühlleitung 24 am Kreuzungspunkt besteht.
Die Zugentlastungsbaugruppe 5 dient zum Bereitstellen einer Zugentlastung auf Seiten des Steckverbinderteils 3 und zudem zur Kühlung am Übergang zwischen dem Steckverbinderteil 3 und dem Kabel 2. Die Zugentlastungsbaugruppe 5 weist, wie insbesondere aus der Querschnittansicht gemäß 16 ersichtlich, in montiertem Zustand eine Querschnittsform auf, die nicht rotationssymmetrisch ist und in einer komplementären Aufnahme innerhalb des Gehäuses 30 aufgenommen ist, sodass die Zugentlastungsbaugruppe 5 formschlüssig innerhalb des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 eingefasst und somit drehfest innerhalb des Gehäuses 30 festgelegt ist. An dem Kabel 2 wirkende Torsionskräfte können somit nicht zu einem Verdrehen des Kabels 2 gegenüber dem Steckverbinderteil 3 führen.
Die durch das Basisteil 50 und die daran angesetzten Klemmteile 51 gebildete Zugentlastungsbaugruppe 5 ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Werkstoff, zum Beispiel einem Metallwerkstoff, insbesondere Aluminium, gebildet. Auf diese Weise wird durch die Zugentlastungsbaugruppe 5 eine Kühlung und Wärmeableitung am Orte der Mündung des Kabels 2 in das Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 geschaffen, weil über die wärmeleitfähige Zugentlastungsbaugruppe 5 Wärme an den daran geführten Lastleitungen 22 aufgenommen und hin zu den Kühlleitungen 23, 24 abgeleitet werden kann. Die Lastleitungen 22 werden somit insbesondere auch auf einem Erstreckungsweg innerhalb des Gehäuses 30 hin zu Anschlüssen, die Kontaktelementen der Steckabschnitte 300, 301 zugeordnet sind, gekühlt. Am Übergang zwischen dem Kabel 2 und dem Steckverbinderteil 3 - also dort, wo ausgangsseitig des Kabels 2 der Verbund zwischen den Lastleitungen 22 und den Kühlleitungen 23, 24 aufgehoben ist - wird somit über die Zugentlastungsbaugruppe 5 eine Kühlung an den Lastleitungen 22 bereitgestellt. Die Lastleitungen 22 werden somit über die Zugentlastungsbaugruppe 5 am Steckverbinderteil 3 auf ihrem Weg hin zu zugeordneten Kontaktelementen innerhalb der Steckabschnitte 300, 301 gekühlt.
Um einen Wärmeübergang zwischen den Lastleitungen 22 und der Zugentlastungsbaugruppe 5 und zudem gegebenenfalls zwischen der Zugentlastungsbaugruppe 5 und den Kühlleitungen 23, 24 zu verbessern, kann in die Klemmöffnungen 503, 504 und gegebenenfalls auch in die Führungsöffnungen 501 ein wärmeleitendes Medium zum Beispiel in Form einer Wärmeleitpaste eingebracht sein, sodass Wärme in günstiger Weise von den Lastleitungen 22 in die Zugentlastungsbaugruppe 5 eingeleitet und von der Zugentlastungsbaugruppe 5 auf die Kühlleitungen 23, 24 übertragen werden kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch bei gänzlich andersgearteten Ausführungsformen verwirklichen.
Eine Kabelbaugruppe der beschriebenen Art kann insbesondere nicht nur an einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs Verwendung finden, sondern kann generell bei Anordnungen zum Übertragen elektrischer Ströme eingesetzt werden.
Durch das individuelle Verlegen von Kühlleitungen einerseits und Lastleitungen andererseits durch eine Zugentlastungsbaugruppe hindurch können Kühlleitungen und Lastleitungen gesondert voneinander geführt werden, sodass die Lastleitungen unabhängig von den Kühlleitungen innerhalb der Zugentlastungsbaugruppe verklemmt werden können, um (ausschließlich) an den Lastleitungen eine Zugentlastung bereitzustellen. Eine Presswirkung auf flexible, nachgiebige Kühlleitungen wird somit vermieden, wobei zusätzlich über eine Zugentlastungsbaugruppe der beschriebenen Art eine Kühlung an den durch die Zugentlastungsbaugruppe hindurchgeführten Lastleitungen bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Ladestation
2: Ladekabel
20: Kabelschlauch
200,201: Ende
21: Schirmleiter
22: Lastleitung
220: Leitungsader
221: Ummantelung
23, 24: Kühlleitung
25: Füllelement oder Zugentlastungselement
26: Füllelement
27: Signalleitung
3: Ladestecker
30: Gehäuse
300, 301: Steckabschnitt
31: Gehäuseteil
4: Fahrzeug
40: Ladebuchse
5: Zugentlastungsbaugruppe
50: Basisteil
500: Führungsöffnung
501: Klemmöffnung
502: Flächenabschnitt
503, 504: Klemmöffnung
505: Ausgang
51: Klemmteil
510: Führungsöffnung
511: Klemmabschnitt
512: Klemmabschnitt
513: Flächenabschnitt
514: Ausgang
L: Längsrichtung
Z: Zwischenräume

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007975 B4 [0006]
DE 102011100389 A1 [0007]
EP 0126509 B1 [0008]
DE 29711024 A1 [0008]

Claims

Kabelbaugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms, mit einem Kabel (2), das zumindest eine elektrische Lastleitung (22) zum Leiten eines elektrischen Stroms und zumindest eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte Kühlleitung (23, 24) zum Führen eines Kühlmittels aufweist, gekennzeichnet durch eine Zugentlastungsbaugruppe (5), die ein Basisteil (50) und zumindest ein mit dem Basisteil (50) verbindbares Klemmteil (51) aufweist, wobei zwischen dem Basisteil (50) und dem zumindest einen Klemmteil (51) zumindest eine Führungsöffnung (501) zum Führen der zumindest einen Kühlleitung (23, 24) und zumindest eine Klemmöffnung (503, 504) zum klemmenden Aufnehmen der zumindest einen Lastleitung (22) gebildet sind.
Kabelbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lastleitung (22), wenn das zumindest eine Klemmteil (51) an dem Basisteil (50) angeordnet ist, in der zumindest einen Klemmöffnung (503, 504) zwischen dem Basisteil (50) und dem zumindest einen Klemmteil (51) verklemmt ist.
Kabelbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Klemmöffnung (503, 504) entlang einer Erstreckungslänge in das Basisteil (50) und/oder das zumindest eine Klemmteil (51) eingeformt ist, wobei die zumindest eine Lastleitung (22) über einen Teilabschnitt der Erstreckungslänge in der zumindest einen Klemmöffnung (503, 504) verklemmt ist, wenn das zumindest eine Klemmteil (51) an dem Basisteil (50) angeordnet ist.
Kabelbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugentlastungsbaugruppe (5) zwei Klemmteile (51) aufweist, die an unterschiedlichen Seiten an das Basisteil (50) ansetzbar sind.
Kabelbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Basisteil (50) und jedem Klemmteil (51) zumindest eine Führungsöffnung (501) zum Aufnehmen zumindest einer Kühlleitung (23, 24) und zumindest eine Klemmöffnung (503, 504) zum klemmenden Aufnehmen zumindest einer Lastleitung (22) gebildet sind.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlleitung (23, 24) und die zumindest eine Lastleitung (22) sich an der Zugentlastungsbaugruppe (5) kreuzen.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (50) eine zentrale Führungsöffnung (500) zum Aufnehmen einer Kühlleitung (23, 24) aufweist.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (50) und/oder das zumindest eine Klemmteil (51) aus einem Metallwerkstoff ausgebildet sind.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die zumindest eine Führungsöffnung (501) und/oder in die zumindest einen Klemmöffnung (503, 504) ein wärmeleitendes Medium zur Wärmeleitung zwischen der zumindest einen Kühlleitung (23, 24) und der Zugentlastungsbaugruppe (5) und/oder der zumindest einen Lastleitung (22) und der Zugentlastungsbaugruppe (5) eingebracht ist.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende (200) des Kabels (2) ein Steckverbinderteil (3) zum elektrischen Anschließen des Kabels (2) an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil (40) angeordnet ist.
Kabelbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugentlastungsbaugruppe (5) in einem Gehäuse (30) des Steckverbinderteils (3) angeordnet ist.
Kabelbaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugentlastungsbaugruppe (5) formschlüssig in dem Gehäuse (30) festgelegt ist.
Kabelbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelbaugruppe Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4) ist und das Kabel (2) an eine Ladestation (1) angeschlossen ist.