DE102020104168B4

DE102020104168B4 - Steckervorrichtung

Info

Publication number: DE102020104168B4
Application number: DE102020104168.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hänel; Bekim Basha
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-02-19
Also published as: DE102020104168A1

Abstract

Steckervorrichtung (100), insbesondere zum Anschluss eines Ladekabels zum Laden einer KFZ-Traktionsbatterie, mit einer zumindest zweiteilig ausgebildeten Kontakthülse (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthülse (102) ein erstes Hülsenelement (106) und ein zweites Hülsenelement (108) aufweist, wobei das erste Hülsenelement (106) einen Innenraum (110) nach radial außen begrenzt, wobei das zweite Hülsenelement (108) das erste Hülsenelement (106) nach radial außen umgibt, wobei die Hülsenelemente (106, 108) an den einander zugewandten Flächen (112, 114) jeweils Aussparungen (116, 118) aufweisen, die gemeinsam einen Kühlmittelkanal (120) ausbilden, wobei der Kühlmittelkanal (120) mäanderförmige Abschnitte (122, 124) aufweist, wobei das erste Hülsenelement (106) und das zweite Hülsenelement (108) in Umfangsrichtung, vorzugsweise abwechselnd, jeweils mit den Aussparungen (116, 118) versehene Abschnitte (138, 140) und von Aussparungen freie Abschnitte (142, 144) aufweisen, wobei die Hülsenelemente (106, 108) derart zueinander angeordnet sind, dass von Aussparungen freie Abschnitte (142) des ersten Hülsenelements (106) die mit Aussparungen (118) versehenen Abschnitte (140) des zweiten Hülsenelements (108) bedecken und/oder umgekehrt, und wobei die beiden Hülsenelemente (106, 108) elektrisch leitend ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckervorrichtung, insbesondere zum Anschluss eines Ladekabels zum Laden einer KFZ-Traktionsbatterie.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2020 101 258 A1 betrifft ein Steckverbinderelement zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer aufladbaren Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und einer Ladeinfrastruktur vorgesehen mit einer Hülse zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem anderen Steckverbinderelement, einem radial innerhalb der Hülse angeordneten, insbesondere als Kontaktpin ausgestalteten, Kontaktelement zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem anderen Steckverbinderelement, einer einen zwischen dem Kontaktelement und einer radial äußeren Mantelfläche der Hülse ausgebildeten Ringraum an einer Axialseite verschließenden Deckelwand und einer Kühlkammer zur Wärmeabfuhr von Ladungswärme, wobei die Kühlkammer vollständig in einem Axialbereich zwischen der Deckelwand und einem freien abstehenden Ende des Kontaktelements ausgebildet ist. Durch die in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements jenseits der Deckelwand ausgebildete Kühlkammer ist eine gute Kühlung eines Steckverbinders für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs ermöglicht.
WO 2018/006903 A1 offenbart ein elektrisches Kontaktelement, welches ein Kontaktteil und ein Anschlussteil aufweist. Das Kontaktteil ist an ein Kabel angeschlossen, welches einen elektrischen Leiter und Kühlkanäle zur Zuführung von Kühlflüssigkeit aufweist. Die Kühlflüssigkeit wird radial außen zum Anschlussteil zugeführt und mittig rückgeführt. Neben einem komplexen Aufbau ist von Nachteil, dass bei vorgegebenem Bauraum die Kühlkanäle Anordnung und Querschnitte des elektrischen Leiters beschränken.
CN 107425323 A offenbart eine Steckbuchse mit einem Steckerteil und einer Außenhülse, wobei im Steckerteil Kühlkanäle ausgebildet sind, durch die eine Kühlflüssigkeit geführt werden kann. Die Kühlkanäle werden durch die Außenhülse nach radial außen verschlossen. Das Steckerteil ist in der Herstellung vergleichsweise aufwändig.
US 2018 / 0 332 726 A1 und JP 2019 - 121 476 A offenbaren jeweils elektrische Steckvorrichtungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Steckervorrichtung bereitzustellen. Dabei ist eine vergleichsweise einfache Herstellung wünschenswert.
Die Aufgabe wird durch eine Steckervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Steckervorrichtung umfasst eine zumindest zweiteilig ausgebildete Kontakthülse. Die Kontakthülse weist ein erstes Hülsenelement (erstes Teil) und ein zweites Hülsenelement (zweites Teil) auf. Das erste Hülsenelement begrenzt einen, vorzugsweise zylindrischen, Innenraum nach radial außen. Das zweite Hülsenelement umgibt das erste Hülsenelement nach radial außen, wobei die Hülsenelemente an den einander zugewandten Flächen (Außenfläche des ersten Hülsenelements und Innenfläche des zweiten Hülsenelements) jeweils Aussparungen aufweisen, die gemeinsam einen Kühlmittelkanal ausbilden, wobei der Kühlmittelkanal mäanderförmige Abschnitte aufweist. Die beiden Hülsenelemente sind elektrisch leitend und/oder zur Übertragung elektrischen Stroms ausgebildet. So können diese elektrischen Strom übertragen, bspw. von einem an die Kontakthülse angeschlossenen elektrischen Leiter (bspw. Kabel) auf einen im Innenraum der ersten Kontakthülse befindlichen Kontaktstecker. Der Stromfluss kann überwiegend über die nicht mit Aussparungen versehenen Abschnitte der Hülsenelemente („Trennstellen“) erfolgen, bspw. von radial innen nach radial außen.
Eine Ausgestaltung der Kontakthülse durch zwei Hülsenelemente (zwei Schichten) begünstigt eine Herstellung, da die Hülsenelemente einzeln ausgebildet und zur Kontakthülse zusammengesetzt werden können. Zudem erlaubt diese Konstruktion durch den vorhandenen Innenraum die Kontakthülse steckerseitig (bspw. Ladestecker) als auch buchsenseitig (bspw. Ladebuchse) einzusetzen. Der Kühlmittelkanal kann derart geführt sein, dass das hierin geführte Kühlmedium von einem der Hülsenelemente zum anderen Hülsenelement wechselt und umgekehrt. Dies begünstigt die Kühlung der Kontakthülse. Somit ist eine Fluid-gekühlte Steckervorrichtung geschaffen, deren Kontaktbuchse von einem Kühlmittel durchströmbar ist.
Bei der Steckervorrichtung kann es sich bspw. um einen elektrischen Steckverbinder handeln (Bestandteil einer elektrischen Steckverbindung), bspw. einen Ladestecker oder eine Ladebuchse, die mit einer solchen Kontakthülse ausgestattet ist.
Ein mäanderförmiger Abschnitt besteht aus zwei parallelen und mittels einer Trennwand voneinander getrennten Kanalabschnitten, die über eine, bspw. endseitig an der Trennwand angeordnete, Öffnung miteinander verbunden sind. Hieraus ergibt sich eine Mäanderform (bspw. (U-förmige) Haarnadelform).
Der Kühlmittelkanal weist einen Eintritt (Kühlmitteleintritt) und einen Austritt (Kühlmittelaustritt) auf. Eintritt und Austritt können bspw. am zweiten Hülsenelement (radial äußeres Hülsenelement) angeordnet sein. Unabhängig davon kann es sich bei dem Kühlmittel um ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium handeln, bspw. Flüssiggas (z.B. CO₂ oder Stickstoff), Glyphosat oder eine Salzwasserlösung.
Es ist denkbar, dass die Kontakthülse weitere Hülsenelemente aufweist, bspw. ein drittes Hülsenelement und/oder ein viertes Hülsenelement. Die Kontakthülse kann somit aus mehr als zwei Teilen bestehen. Dadurch lassen sich Kühlung und/oder Stabilität der Kontakthülse weiter optimieren.
Erfindungsgemäß weisen das erste Hülsenelement und das zweite Hülsenelement in Umfangsrichtung, vorzugsweise abwechselnd, jeweils mit den Aussparungen versehene Abschnitte (kanalisierte Abschnitte) und von Aussparungen freie Abschnitte (kanalfreie Abschnitte bzw. Trennbereiche) auf, wobei die Hülsenelemente (in Umfangsrichtung) derart zueinander angeordnet sind, dass von Aussparungen freie Abschnitte des ersten Hülsenelements die mit Aussparungen versehenen Abschnitte des zweiten Hülsenelements bedecken und/oder umgekehrt. Dadurch sind die Aussparungen des einen Hülsenelements jeweils durch die Trennbereiche des anderen Hülsenelements verschlossen. Eine gesonderte Abdichtung der Aussparungen kann entfallen.
Vorzugsweise kann das erste Hülsenelement an seiner radial inneren Seite eine (die Aussparungen bedeckende) Hülsenwandung aufweisen. Damit sind die Aussparungen zum Innenraum hin verschlossen. Die Hülsenwandung kann elektrisch leitend ausgebildet und/oder zur Kontaktierung mit einem im Innenraum befindlichen Steckkontakt eingerichtet sein.
Vorzugsweise kann das zweite Hülsenelement an seiner radial äußeren Seite eine (die Aussparungen bedeckende) Hülsenwandung aufweisen. Damit sind die Aussparungen nach radial außen verschlossen. Die Hülsenwandung kann elektrisch leitend ausgebildet sein, bspw. zum Anschluss an einen elektrischen Leiter (bspw. Anschlusskabel). Ebenfalls denkbar ist, dass die Hülsenwandung elektrisch isolierend ausgebildet ist, bspw. als isolierende Ummantelung des zweiten Hülsenelements bzw. der Kontakthülse.
Vorzugsweise kann die Längsrichtung der mäanderförmigen Abschnitte parallel zur Mittellängsrichtung der Kontakthülse ausgerichtet sein. Dadurch lässt sich eine homogene Kühlung entlang der Kontakthülse erreichen.
Vorzugsweise kann der Kühlmittelkanal derart verlaufen, dass (entlang des Kühlmittelkanals) ein mäanderförmiger Abschnitt im ersten Hülsenelement und ein mäanderförmiger Abschnitt im zweiten Hülsenelement, vorzugsweise abwechselnd, aufeinander folgen. Somit kann ein im Kühlmittelkanal geführtes Kühlmedium vom ersten Hülsenelement zum zweiten Hülsenelement und umgekehrt wechseln. Dies begünstigt eine homogene Wärmeabfuhr. Die mäanderförmigen Abschnitte des ersten Hülsenelements und die mäanderförmigen Abschnitte des zweiten Hülsenelements sind in Umfangsrichtung vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet.
Vorzugsweise können die Aussparungen in Umfangsrichtung der Hülsenelemente jeweils regelmäßig angeordnet sein. So können benachbarte Aussparungen in gleichen Winkel zueinander angeordnet sein. Dies trägt zu einer über den Umfang gleichmäßigen Kühlung bei.
Vorzugsweise kann eine Außenhülse vorgesehen sein, die das zweite Hülsenelement bzw. das radial äußerste Hülsenelement nach radial außen umgibt. Die Außenhülse kann zur Stabilisierung und/oder zur zusätzlichen Abdichtung des Kühlmittelkanals beitragen.
Vorzugsweise können das erste Hülsenelement und das zweite Hülsenelement durch eine elektrisch leitende (radial zwischenliegende) Zwischenschicht verbunden sein. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung zwischen den Hülsenelementen optimiert werden.
Vorzugsweise können eines oder beide der Hülsenelemente durch Schichtstanzen (bspw. Stanzen und Pressen mit mehreren Platten), Gießen (bspw. über ein Negativ) oder 3D-Druck (bspw. Sintern) ausgebildet sein und/oder eines oder beide der Hülsenelemente können eine Pulverbeschichtung aufweisen. Hiermit können die Hülsenelemente weiter optimiert werden.
Vorzugsweise kann der vom ersten Hülsenelement umgebene Innenraum zur Aufnahme eines Kontaktstifts eingerichtet sein (Ausführung als Steckbuchse) oder im vom ersten Hülsenelement umgebenen Innenraum kann ein Kontaktstift montiert sein (Ausführung als Stecker). Damit kann die Kontakthülse zur Kühlung eines Kontaktsteckers oder einer Kontaktbuchse ausgebildet sein, bspw. zur Kühlung des Steckerkontakts im Ladestecker des Ladekabels oder als Gegenstück im Energieabnehmer, bspw. einem Fahrzeug.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigen:

1 schematisch eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer Steckervorrichtung;
2 schematisch einen Querschnitt durch die Steckervorrichtung,
3 schematisch eine Abwicklung der Steckervorrichtung mit Blick auf die Flachseiten der Kontakthülse, wobei die Hülsenelemente zur Veranschaulichung axial zueinander versetzt sind; und
4 schematisch eine Abwicklung der Steckervorrichtung mit Blick auf die Schmalseite der Kontakthülse.

In 1 ist schematisch eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer Steckervorrichtung 100 dargestellt.
Die Steckervorrichtung 100 weist im Beispiel eine zweiteilig ausgebildete Kontakthülse 102 auf, die nach radial außen von einer (zur Veranschaulichung aufgebrochen dargestellten) Außenhülse 104 umgeben ist (Außenhülse nur in 1 gezeigt). Die Kontakthülse 102 weist ein erstes Hülsenelement 106 und ein zweites Hülsenelement 108 auf. Das erste Hülsenelement 106 begrenzt einen bspw. zylindrischen Innenraum 110 nach radial außen. Das zweite Hülsenelement 108 umgibt das erste Hülsenelement 106 nach radial außen.
Die Hülsenelemente 106, 108 weisen an den einander zugewandten Flächen (Außenfläche 112 des ersten Hülsenelements 106 und Innenfläche 114 des zweiten Hülsenelements 108) jeweils Aussparungen 116, 118 auf, die gemeinsam einen Kühlmittelkanal 120 ausbilden, wobei der Kühlmittelkanal 120 mäanderförmige Abschnitte 122, 124 aufweist (jeweils lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen). Der Kühlmittelkanal 120 ist derart geführt, dass das hierin geführte Kühlmedium von einem der Hülsenelemente 106, 108 zum anderen Hülsenelement 108, 106 wechselt und umgekehrt.
Die mäanderförmigen Abschnitte 122, 124 bestehen jeweils aus zwei parallelen und mittels einer Trennwand 126 voneinander getrennten Kanalabschnitten 128, 130, die über eine, bspw. endseitig an der Trennwand 126 bzw. der Aussparung 118 angeordnete, Öffnung 132 miteinander verbunden sind (hier beispielhaft am mäanderförmigen Abschnitt 124 veranschaulicht). Die Längsrichtung der mäanderförmigen Abschnitte (Mittellängsrichtung der Kanalabschnitte 128, 130) ist parallel zur Mittellängsachse der Kontakthülse 102 ausgerichtet.
Der Kühlmittelkanal 120 weist einen Eintritt 134 (Kühlmitteleintritt) und einen Austritt 136 (Kühlmittelaustritt) auf (vgl. 3). Eintritt 134 und Austritt 136 können bspw. am zweiten Hülsenelement 108 angeordnet sein (nicht gezeigt).
Das erste Hülsenelement 106 und das zweite Hülsenelement 108 weisen in Umfangsrichtung, vorzugsweise abwechselnd, jeweils mit den Aussparungen 116, 118 versehene Abschnitte 138, 140 (kanalisierte Abschnitte 138, 140) und von Aussparungen freie Abschnitte 142, 144 (Trennbereiche 142, 144) auf, wobei die Hülsenelemente 106, 108 derart zueinander angeordnet sind, dass von Aussparungen freie Abschnitte 142 des ersten Hülsenelements 106 die mit Aussparungen 118 versehenen Abschnitte 140 des zweiten Hülsenelements 108 bedecken und/oder umgekehrt (vgl. 2 bis 4).
Das erste Hülsenelement 106 kann an seiner radial inneren Seite eine (die Aussparungen 116 bedeckende) Hülsenwandung 146 aufweisen (vgl. 4).
Das zweite Hülsenelement 108 kann an seiner radial äußeren Seite eine (die Aussparungen 118 bedeckende) Hülsenwandung 148 aufweisen.
Der Kühlmittelkanal 120 verläuft derart, dass (entlang des Kühlmittelkanals) ein mäanderförmiger Abschnitt 122 im ersten Hülsenelement 106 und ein mäanderförmiger Abschnitt 124 im zweiten Hülsenelement 108, vorzugsweise abwechselnd, aufeinander folgen (vgl. 1 und 3). Ein im Kühlmittelkanal 120 geführtes Kühlmedium wechselt somit vom ersten Hülsenelement 106 zum zweiten Hülsenelement 108 und umgekehrt.
Der Kühlmittelkanal 120 ist u.a. in 3 veranschaulicht. Das Kühlmittel läuft im Kühlmittelkanal 120 von einem Eintritt 134 zu einem Austritt 136. Das Kühlmittel kommt vom zweiten Hülsenelement 108 (äußeres Hülsenelement) und fließt vor einer Trennwand durch den Durchtritt 150, 150' in das erste Hülsenelement 106 (inneres Hülsenelement). Dort durchläuft das Kühlmittel den mäanderförmigen Abschnitt 138 und fließt über den Durchtritt 152', 152 in das zweite Hülsenelement 108 zurück. Dort durchläuft das Kühlmittel den mäanderförmigen Abschnitt 140 und fließt durch den Durchtritt 154 erneut in das erste Hülsenelement 106, wo das Kühlmittel den mäanderförmigen Abschnitt 138' durchläuft. Der Wechsel zwischen den Hülsenelementen 106, 108 wiederholt sich so lange, bis das Kühlmittel den Austritt 136 erreicht.
Die mäanderförmigen Abschnitte 122 des ersten Hülsenelements 106 und die mäanderförmigen Abschnitte 124 des zweiten Hülsenelements 108 sind im Beispiel in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet (vgl. 1 und 2).
Die Aussparungen 116, 118 sind im Beispiel in Umfangsrichtung der Hülsenelemente 106, 108 jeweils regelmäßig angeordnet. Bspw. können benachbarte Aussparungen 116, 118 in gleichen Winkel zueinander angeordnet sein.
Optional können das erste Hülsenelement 106 und das zweite Hülsenelement 108 durch eine elektrisch leitende (radial zwischenliegende) Zwischenschicht 106 verbunden sein (vgl. 4).
Der vom ersten Hülsenelement 106 umgebene Innenraum 110 kann zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Kontaktstifts eingerichtet sein (Ausführung als Steckbuchse) oder im vom ersten Hülsenelement 106 umgebenen Innenraum 110 kann ein (nicht dargestellter) Kontaktstift montiert sein (Ausführung als Stecker).

Claims

Steckervorrichtung (100), insbesondere zum Anschluss eines Ladekabels zum Laden einer KFZ-Traktionsbatterie, mit einer zumindest zweiteilig ausgebildeten Kontakthülse (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthülse (102) ein erstes Hülsenelement (106) und ein zweites Hülsenelement (108) aufweist, wobei das erste Hülsenelement (106) einen Innenraum (110) nach radial außen begrenzt, wobei das zweite Hülsenelement (108) das erste Hülsenelement (106) nach radial außen umgibt, wobei die Hülsenelemente (106, 108) an den einander zugewandten Flächen (112, 114) jeweils Aussparungen (116, 118) aufweisen, die gemeinsam einen Kühlmittelkanal (120) ausbilden, wobei der Kühlmittelkanal (120) mäanderförmige Abschnitte (122, 124) aufweist, wobei das erste Hülsenelement (106) und das zweite Hülsenelement (108) in Umfangsrichtung, vorzugsweise abwechselnd, jeweils mit den Aussparungen (116, 118) versehene Abschnitte (138, 140) und von Aussparungen freie Abschnitte (142, 144) aufweisen, wobei die Hülsenelemente (106, 108) derart zueinander angeordnet sind, dass von Aussparungen freie Abschnitte (142) des ersten Hülsenelements (106) die mit Aussparungen (118) versehenen Abschnitte (140) des zweiten Hülsenelements (108) bedecken und/oder umgekehrt, und wobei die beiden Hülsenelemente (106, 108) elektrisch leitend ausgebildet sind.
Steckervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenelement (106) an seiner radial inneren Seite eine Hülsenwandung (146) aufweist und/oder dass das zweite Hülsenelement (108) an seiner radial äußeren Seite eine Hülsenwandung (148) aufweist.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der mäanderförmigen Abschnitte (122, 124) parallel zur Mittellängsrichtung der Kontakthülse (102) ausgerichtet ist.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (120) derart verläuft, dass ein mäanderförmiger Abschnitt (122) im ersten Hülsenelement (106) und ein mäanderförmiger Abschnitt (124) im zweiten Hülsenelement (108), vorzugsweise abwechselnd, aufeinander folgen.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (116, 118) in Umfangsrichtung der Hülsenelemente (106, 108) jeweils regelmäßig angeordnet sind.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenhülse (104) vorgesehen ist, die das zweite Hülsenelement (108) nach radial außen umgibt.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenelement (106) und das zweite Hülsenelement (108) durch eine elektrisch leitende Zwischenschicht (160) verbunden sind.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide der Hülsenelemente (106, 108) durch Schichtstanzen, Gießen oder 3D-Druck ausgebildet sind und/oder dass eines oder beide der Hülsenelemente (106, 108) eine Pulverbeschichtung aufweisen.
Steckervorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom ersten Hülsenelement (106) umgebene Innenraum (110) zur Aufnahme eines Kontaktstifts eingerichtet ist oder dass im vom ersten Hülsenelement (106) umgebenen Innenraum (110) ein Kontaktstift montiert ist.