DE102020132724A1

DE102020132724A1 - Kühlmodul für ein Steckverbinderteil und Steckverbinderteil

Info

Publication number: DE102020132724A1
Application number: DE102020132724.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Babezki; Thomas Führer
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-09
Also published as: US20240042876A1; EP4259474A1; CN116568549A; WO2022122292A1

Abstract

Ein Kühlmodul (2) für ein Steckverbinderteil (1) umfasst einen Grundkörper (20) mit einer Ausnehmung (200), in der zumindest ein Anschlussbereich (202; 202') zur elektrischen Kontaktierung durch eine elektrische Lastleitung (30) ausgebildet ist, zumindest eine in die Ausnehmung (200) mündende Öffnung (201), über die ein Kühlmittel durch die Ausnehmung (200) strömbar ist, und einer Montagefläche (204) zur Montage eines elektrischen Lastkontakts (10A, 10B).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul für ein Steckverbinderteil und ein Steckverbinderteil.
Insbesondere im Bereich der E-Mobilität bestehen für Steckverbinderteile und damit verbundene Leitungssätze höchste Anforderungen hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und der damit verbundenen thermischen Belastungen. Bei hohen Gleichstrom-Ladeströmen, z.B. um 500 A, werden regelmäßig in allen Bauteilen des Leitpfades erhebliche Stromwärmen freigesetzt. Zukünftig sind für Nutzfahrzeuge sogar Stromlasten von bis zu 3000 A angedacht. Aufgrund normativer Anforderungen, z.B. an die Kontaktgröße, und einer stets gewünschten Gewichtsreduzierung im Fahrzeug, z.B. durch möglichst geringe Kabelquerschnitte, wird die Dimensionierung der stromführenden Bauteile einerseits in der Regel möglichst klein gewählt, bei den gewünschten Stromtragfähigkeiten können sich bei den entsprechenden Stromlasten aber andererseits Stromdichten ergeben, die erheblich über üblichen Erfahrungswerten der Industrieelektrik liegen.
Eine Möglichkeit, die Stromtragfähigkeit von Steck- und Kabelverbindungen zu erhöhen, ist eine Kühlung, insbesondere eine aktive Kühlung von Lastkontakten und -leitungen. Hierzu werden z.B. Steckverbinder mit integrierter Fluidkühlung der Lastkontakte und Ladekabel mit integrierter Kühlung der Lastleitungen verwendet.
Die DE 10 2019 104 655 A1 beschreibt ein mit Kühlrippen versehenes Kühlgehäuse für eine Hochstromverdrahtung. In der DE 10 2016 108 823 B4 ist eine aktiv gekühlte elektrische Leitung beschrieben.
Eine technische Herausforderung ergibt sich in aktiv gekühlten Leitungs- und Steckverbindersystemen regelmäßig dort, wo ein Kühlmittelkreislauf und elektrische Leitungen aus funktionellen Gründen räumlich voneinander getrennt werden. Da die Querschnitte der elektrischen Leitungen hohe Stromlasten aber nur tragen können, wenn sie möglichst wirksam gekühlt werden, müssen die Leiterquerschnitte für gewöhnlich wieder entsprechend groß dimensioniert werden um die Gefahr einer Überhitzung zu vermeiden. Das erschwert jedoch eine weitere Gewichtsreduzierung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei Steckverbindersystemen hohe Ströme bei gleichzeitig einem möglichst geringen Gewicht zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Kühlmodul für ein Steckverbinderteil bereitgestellt, das einen Grundkörper aufweist. Der Grundkörper umfasst eine Ausnehmung, in der zumindest ein Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung durch eine elektrische Lastleitung ausgebildet ist. Ferner umfasst das Kühlmodul, insbesondere der Grundkörper, zumindest eine in der Ausnehmung mündende Öffnung, über die ein Kühlmittel durch die Ausnehmung strömbar ist, und eine Montagefläche zur Montage eines elektrischen Lastkontakts.
Auf diese Weise wird ein Kühlmodul für ein Steckverbinderteil bereitgestellt, bei dem derjenige Abschnitt eines elektrischen Lastkabels, der elektrisch an den Steckverbinder angeschlossen oder anschließbar ist, aktiv gekühlt werden kann. Das ermöglicht es, das Lastkabel über seine gesamte Länge aktiv zu kühlen, wodurch z.B. der Querschnitt des Lastkabels bei gleichbleibender Stromtragfähigkeit insgesamt reduziert werden kann. Dies ermöglicht hohe Ströme bei gleichzeitig reduziertem Gewicht. Da insbesondere der Anschluss der elektrischen Lastleitung vollständig in den Kühlmittelkreislauf integriert werden kann, ist eine Trennung des Kühlkreislaufs von der elektrischen Lastleitung somit nicht notwendig.
Bei dem Steckverbinderteil kann es sich um ein Hochstrom- und/oder Hochspannungs-Steckverbinderteil handeln. Beispielsweise ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit einer Leistung von 10 kW oder mehr zu leiten, insbesondere von 50 kW oder mehr, 135 kW oder mehr, oder 350 kW oder mehr. Beispielsweise ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit Stromstärken von 100 A oder mehr, insbesondere von 500 A oder mehr, z.B. von 3000 A zu leiten. Bei dem Kühlmittel handelt es sich z.B. um ein Kühlfluid.
Am zumindest einen Anschlussbereich des Grundkörpers des Kühlmoduls kann ein Kontaktabschnitt einer elektrischen Lastleitung anliegen. Optional ist der Kontaktabschnitt des Grundkörpers stoffschlüssig mit dem Kontaktabschnitt der Lastleitung verbunden. Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt des Grundkörpers mit dem Kontaktabschnitt der Lastleitung verlötet und/oder verschweißt.
In einer Weiterbildung erstreckt sich die elektrische Lastleitung durch die Öffnung hindurch. Alternativ oder zusätzlich ist die elektrische Lastleitung zumindest abschnittsweise von einer Kühlmittelleitung umgeben. Das ermöglicht eine durchgehend gekühlte Lastleitung und zudem eine kompakte Ausführung.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der zumindest eine Anschlussbereich eine ebene Bodenfläche auf. Mit der ebenen Bodenfläche ist ein Kontaktabschnitt der elektrischen Lastleitung verschweißbar, z.B. mittels Ultraschallschweißen. Das ermöglicht eine sichere und beständige Verbindung.
In einer alternativen Ausgestaltung weist der zumindest eine Anschlussbereich eine konkave Bodenfläche auf, z.B. eine Bodenfläche, die im Querschnitt einem Kreisbogen folgt, insbesondere einen Halbkreis beschreibt. Mit einer derart geformten Bodenfläche ist ein Kontaktabschnitt der elektrischen Lastleitung z.B. verlötbar. Auch das ermöglicht eine sichere und beständige Verbindung.
Das Kühlmodul umfasst z.B. einen Deckel. Der Deckel kann so ausgestaltet sein, dass er die Ausnehmung verschließt, insbesondere fluiddicht. Die Ausnehmung definiert einen Innenraum des Grundkörpers. Der Grundkörper ist also hohl. Der Innenraum kann durch den Deckel verschlossen werden. Beispielsweise ist die Ausnehmung über eine Zugangsöffnung zugänglich, die separat von der Öffnung für das Kühlmittel angeordnet ist. Die Zugangsöffnung ist durch den Deckel verschließbar. Hierdurch kann die elektrische Lastleitung zunächst an den Anschlussbereich angeschlossen werden, woraufhin dann die Ausnehmung durch den Deckel verschlossen werden kann. Der Deckel ist mit dem Grundkörper z.B. verschraubt. Der Deckel umfasst z.B. einen Kunststoff oder besteht daraus, was eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglicht.
An der Öffnung kann ein Schlauchstutzen montierbar oder montiert sein, z.B. mittels eines Schraubgewindes. Das erlaubt eine einfache und sichere Montage.
Die Öffnung ist optional auf den zumindest einen Anschlussbereich ausgerichtet. Das ermöglicht einen besonders leichten Anschluss der elektrischen Lastleitung.
Optional umfasst der Grundkörper (z.B. zusätzlich zur Zugangsöffnung) mindestens zwei in die Ausnehmung mündende Öffnungen. Beispielsweise ist eine Öffnung als Einlass für das Kühlmittel verwendbar und eine weitere Öffnung ist als Auslass für das Kühlmittel verwendbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass durch den Einlass in einer Einlassrichtung eingeleitetes Kühlmittel in einer Auslassrichtung aus dem Auslass strömt, die z.B. entgegen der Einlassrichtung gerichtet ist. Die als Einlass dienende Öffnung und die als Auslass dienende Öffnung sind z.B. an derselben Seitenfläche des Grundkörpers ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die beiden Öffnungen auf jeweils einen von zwei Anschlussbereichen ausgerichtet. Dadurch können zwei Lastleitungen an den Grundkörper elektrisch angeschlossen werden. An die beiden Anschlussbereiche angrenzende Volumina innerhalb der Ausnehmung stehen, z.B. über einen Kanal, in Fluidverbindung miteinander. Hierdurch kann Kühlmittel direkt über beide Anschlussbereiche geleitet werden.
Der Grundkörper besteht z.B. aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. Kupfer. Über das Material des Grundkörpers kann eine den Anschlussbereich elektrisch kontaktierende elektrische Lastleitung mit einem an der Montagefläche zu montierenden elektrischen Lastkontakt elektrisch verbindbar sein. Dies ermöglicht einen besonders guten elektrischen Anschluss des Lastkontakts an die Lastleitung. Der Lastkontakt ist z.B. dazu ausgebildet, mit einem Gegenlastkontakt steckend verbunden zu werden. Der Grundkörper kann einstückig ausgebildet sein.
An der Montagefläche kann ein elektrischer Lastkontakt vormontiert sein. Das ermöglicht insbesondere eine einfache Montage am Steckverbinderteil.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steckverbinderteil zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil bereitgestellt. Das Steckverbinderteil umfasst ein Gehäuse und einen oder mehrere (z.B. genau zwei oder mehr) am, insbesondere im, Gehäuse angeordnete Kühlmodule, jeweils nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung.
An dem Kühlmodul oder jedem der mehreren Kühlmodule ist z.B. ein Lastkontakt montiert, z.B. jeweils damit verschraubt.
Optional ist das Steckverbinderteil als Fahrzeugladedose oder Fahrzeugladestecker ausgebildet, insbesondere zum Hochstromladen mittels Gleichstrom. Hier kommt die mögliche Gewichtseinsparung besonders zum Tragen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Ansicht eines Fahrzeugs mit einem als Fahrzeugladedose ausgebildeten Steckverbinderteil, das über ein Kabel an eine Ladestation angeschlossen ist;
2 eine Ansicht des als Fahrzeugladedose ausgebildeten Steckverbinderteils gemäß 1;
3 Teile des Steckverbinderteils gemäß 2 in einer Explosionsansicht;
4A bis 4F verschiedene Ansichten eines Kühlmoduls des Steckverbinderteils gemäß 2 mit einem daran montierten Lastkontakt und zwei daran angeschlossenen Zuleitungen;
5 und 6 Ansichten von verschiedenen Ausgestaltungen von Anschlussbereichen eines Grundkörpers des Kühlmoduls gemäß 4A bis 4F;
7 Teile des Kühlmoduls gemäß 4A bis 4F in einer Explosionsansicht;
8A und 8B Ansichten von Teilen des Kühlmoduls gemäß 4A bis 4F; und
9A bis 9C Ansichten des Grundkörpers des Kühlmoduls gemäß 4A bis 4F.

1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 5, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, mit einem Steckverbindersystem mit einem Steckverbinderteil 1, hier in Form einer Fahrzeugladedose, zur lösbaren elektrischen Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil 4 (hier in Form eines Fahrzeugladesteckers). Gemeinsam bilden das Steckverbinderteil 1 und das Gegensteckverbinderteil 4 einen Steckverbinder. Ferner zeigt 1 eine Ladestation 6, die zum Aufladen des Fahrzeugs 5 dient. Die Ladestation 6 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Gleichstroms (alternativ oder zusätzlich eines Wechselstroms) zur Verfügung zu stellen. Über ein Kabel 7, das mit einem Ende mit der Ladestation 6 und mit einem anderen Ende mit dem Gegensteckverbinderteil 4 verbunden ist, ist die Ladestation 6 mit dem Fahrzeug 5 elektrisch verbindbar. Das Gegensteckverbinderteil 4 ist im gezeigten Beispiel als manuell steckbarer Fahrzeugladestecker für das Elektrofahrzeug 5 ausgebildet. Auf Seiten der Ladestation 6 ist das Kabel 7 fest mit der Ladestation 6 verbunden, alternativ dazu z.B. über einen gleich oder ähnlich ausgebildeten Steckverbinder 1, 4 angeschlossen.
Die 2 und 3 zeigen das Steckverbinderteil 1. Das Steckverbinderteil 1 ist vorliegend zur Montage am Fahrzeug 5 ausgebildet.
Das Steckverbinderteil 1 ist dazu ausgebildet, einen Ladestrom in Form eines Gleichstroms und/oder in Form eines Wechselstroms zu übertragen. Es stellt ein aktiv gekühltes Ladesteckverbinderteil dar. Vorliegend ist das Steckverbinderteil 1 an einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs 5 und an ein Stromnetz (z.B. Gleichstromnetz) des Fahrzeugs 5 angeschlossen.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 bildet einen Anschlussbereich für das Gegensteckverbinderteil 4. Dabei dienen zwei Lastkontakte 10A, 10B zum Aufbau eines Stromkreises. Die Lastkontakte 10A, 10B sind steckbar mit Gegenlastkontakten des Gegensteckverbinders 4 elektrisch verbindbar. Die Lastkontakte 10A, 10B sind vorliegend Hochstrom-Lastkontakte. Sie können während, insbesondere für die Dauer eines Ladevorgangs oder Entladevorgangs Ströme von 50 A oder mehr, insbesondere 100 A oder mehr, insbesondere 500 A oder mehr, z.B. 3000 A leiten. Weitere Steckkontakte 11 dienen z.B. als Schutzleiter (PE), als Wechsel- oder Drehstromkontakte und/oder als Datenverbindungen. Die Lastkontakte 10A, 10B sind jeweils flach mit ebenen (und im gezeigten Beispiel auch zueinander parallelen) Ober- und Unterseiten ausgebildet. Die Lastkontakte 10A, 10B sind mit ihren ebenen Flächen parallel zueinander angeordnet.
Zum Anschluss an das Stromnetz sind Zuleitungen 3 an das Steckverbinderteil 1 angeschlossen, vorliegend zumindest zwei, konkret vier Zuleitungen 3. Jeweils ein Paar von Zuleitungen 3 dient zum Anschluss des positiven und des negativen Pols einer Gleichstromverbindung. Die Zuleitungen 3 sind in einer Richtung an das Steckverbinderteil 1 angeschlossen, die (in etwa) entlang einer Einsteckrichtung des Gegensteckverbinderteils 4 an das Steckverbinderteil 1 ausgerichtet ist.
Das Gehäuse 12 umfasst vorliegend ein vorderes Gehäuseteil 120, welches den Anschlussbereich für das Gegensteckverbinderteil 4 ausbildet, und ein hinteres Gehäuseteil 121, an welchem Öffnungen ausgebildet sind, durch die die Zuleitungen 3 in das Gehäuse 12 geführt sind. Am Gehäuse 12 (konkret am vorderen Gehäuseteil 120) sind Montageabschnitte zur Montage an einer Wand ausgebildet, konkret in Form von seitlich vorstehenden Laschen mit darin ausgebildeten Löchern zum Verschrauben.
Das Gehäuse 12 bildet einen Innenraum aus, innerhalb dem zwei Kühlmodule 2 angeordnet sind. Die beiden Kühlmodule 2 sind durch ein Trennelement 13 voneinander getrennt, insbesondere elektrisch voneinander isoliert. Das Trennelement 12 und das Gehäuse 12 sind vorliegend aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Das Trennelement 13 beschreibt im gezeigten Beispiel die Form eines H.
An einem der Kühlmodule 2 ist einer der Lastkontakte 10A in flächiger Anlage montiert, genauer: damit verschraubt. An dem anderen der Kühlmodule 2 ist der andere der Lastkontakte 10B in flächiger Anlage montiert, genauer: damit verschraubt.
Die Kühlmodule 2 (und auch die Lastkontakte 10A, 10B) sind vorliegend baugleich ausgebildet. Im Zusammenhang mit 4A bis 9C wird nun beispielhaft das Kühlmodul 2 mit dem einen Lastkontakt 10A im Detail beschrieben, wobei die nachfolgenden Ausführungen analog auch für das Kühlmodul 2 mit dem anderen Lastkontakt 10B gelten.
Das Kühlmodul 2 umfasst einen Grundkörper 20, einen Deckel 21 und zwei Schlauchstutzen 22A, 22B. Im zusammengebauten Zustand (siehe z.B. 4A, 4B und 8A) ist der Deckel 21 mittels Schrauben 23 am Grundkörper 20 befestigt und der Lastkontakt 10A ist mittels Schrauben 24 am Grundkörper 20 befestigt. Jeweils eine der Zuleitungen 3 ist an einem der Schlauchstutzen 22A, 22B an das Kühlmodul 2 angeschlossen. Der Grundkörper 20 umfasst Schraublöcher für den Deckel 21, siehe z.B. 4C, 4D und 8B.
Der Grundkörper 20 ist vorliegend im Wesentlichen quaderförmig. Der Grundkörper 20 ist einstückig (und vorliegend auch materialeinheitlich) ausgebildet. An einer Seite des Grundkörpers 20 ist eine Montagefläche 204 ausgebildet, an welcher der Lastkontakt 10A montierbar (und montiert) ist. Vorliegend ist die Montagefläche 204 an einem zurückgesetzten Bereich ausgebildet, die Seite des Grundkörpers 20 mit dem Montageabschnitt 204 weist eine Stufe auf. Am Montageabschnitt 204 sind Schraublöcher für die Schrauben 24 ausgebildet. Über die Montagefläche 204 wird im verbauten Zustand sowohl der elektrische Strom vom Kühlmodul 2 zum Lastkontakt 10A übertragen, als auch Wärme vom Lastkontakt 10A zum Kühlmodul 2 abgeführt. Somit wird ein aktiv gekühlter Lastkontakt 10A, 10B ermöglicht.
Der Lastkontakt 10A umfasst einen Kontaktabschnitt 100 und einen Montageabschnitt 101. Der Montageabschnitt 101 des Lastkontakts 10A ist am Montageabschnitt 204 des Grundkörpers 20 befestigt. Zwischen dem Kontaktabschnitt 100 und dem Montageabschnitt 101 des Lastkontakts 10A ist eine Dichtung (genauer: sind zwei Dichtungen) angeordnet, die den Lastkontakt 10A im zusammengebauten Zustand (siehe z.B. 2) gegenüber dem Gehäuse 12 abdichtet (abdichten). Der Lastkontakt 10A ist einstückig ausgebildet.
Im Grundkörper 20 ist eine Ausnehmung 200 ausgebildet. Die Ausnehmung 200 mündet an einer Zugangsöffnung 207. Bei nicht montiertem Deckel 21 ist die Ausnehmung 200 über die Zugangsöffnung 207 zugänglich, siehe z.B. 4C und 4D. Die Ausnehmung 200 definiert einen Innenraum des Grundkörpers 20. Innerhalb der Ausnehmung 200 sind zwei Anschlussbereiche 202 vorgesehen. An jedem der Anschlussbereiche 202 ist eine elektrische Lastleitung 30 mit einem jeweils als Kontaktabschnitt 300 dienenden Ende befestigt.
Vorliegend ist der Grundkörper 20 aus Kupfer (insbesondere reinem Kupfer, alternativ aus einem anderen Leitwerkstoff) hergestellt. Die Kontaktabschnitte 300 der Lastleitungen 30 sind mit dem jeweiligen Anschlussbereich 202 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktabschnitte 300 der Lastleitungen 30 sind mit dem jeweiligen Anschlussbereich 202 verschweißt. Durch die Zugangsöffnung 207 ist ein Schweißwerkzeug oder ein anderes Werkzeug bei der Herstellung des angeschlossenen Kühlmoduls 2 einführbar, um die Lastleitungen 30 mit dem Grundkörper zu verschweißen oder zu verlöten. Nach der festen Verbindung der Lastleitungen an die Anschlussbereiche 202 des Grundkörpers im Inneren der Ausnehmung 200 wird der Deckel 21 montiert, insbesondere fluiddicht (hier durch Zwischenlage einer Dichtung).
Die Lastleitungen 30 ragen durch Öffnungen 201 (siehe insbesondere 4E, 4F und 9A-9C) im Grundkörper 20 in die Ausnehmung 200 hinein, und zwar im gezeigten Beispiel durch die Öffnungen 201, an welchen die Schlauchstutzen 22A, 22B montiert sind (siehe z.B. 7 und 8B). Die Öffnungen 201 münden somit in der Ausnehmung 200, stehen in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 200 (siehe insbesondere 9B). Die Öffnungen 201 sind jeweils auf den entsprechenden Anschlussbereich 202 ausgerichtet (siehe z.B. 4E, 4F und 9A-9C).
Die Öffnungen 201 sind an einer (derselben) Seite des Grundkörpers 20 ausgebildet, vorliegend einer Schmalseite. Die Öffnungen 201, die Zugangsöffnung 207 und die Montagefläche 204 sind an verschiedenen Seiten des Grundkörpers 20 ausgebildet. Die Seite des Grundkörpers 20 mit den Öffnungen 201 ist vorliegend zwischen den Seiten des Grundkörpers 20 mit der Zugangsöffnung 207 und der Montagefläche 204 angeordnet. Die Montagefläche 204 und die Zugangsöffnung 207 sind im dargestellten Beispiel an gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 20 ausgebildet. Die Zugangsöffnung 207 ist größer als jede der Öffnungen 201, auch größer als beide Öffnungen 201 zusammen. Die Öffnungen 201 sind kreiszylindrisch ausgebildet, vorliegend in Form von Bohrungen. Die Öffnungen 201 weisen z.B. jeweils ein Innengewinde auf, in das der jeweilige Schlauchstutzen 22A, 22B eingeschraubt ist.
Die elektrischen Lastleitungen 30 sind jeweils in einer der Zuleitungen 3 geführt. Die Zuleitungen 3 sind aktiv mittels eines Kühlmittels kühlbar und gekühlt. Hierzu umgibt in jeder der Zuleitungen 3 ein Mantel 32 die jeweilige Lastleitung 30, wobei zwischen der Lastleitung 30 und dem Mantel 32 ein Freiraum ausgebildet ist, der als Kühlmittelleitung 31 dient (siehe insbesondere 4E und 4F). Vorliegend ist ein Innendurchmesser des Mantels 32 größer ist als ein Außendurchmesser (an derselben Stelle der Zuleitung 3) der Lastleitung 30. Hierdurch kann die Lastleitung 30 besonders effektiv durch ein Kühlmittel in Form eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, gekühlt werden.
Der Mantel 32 jeder Zuleitung 3 ist an den jeweiligen Schlauchstutzen 22A, 22B angeschlossen, genauer: aufgesteckt. Die entsprechende Lastleitung 30 erstreckt sich durch den Schlauchstutzen 22A, 22B hindurch in die Ausnehmung 200 des Grundkörpers 20. Die Kühlmittelleitung 31 jeder Zuleitung 3 des Kühlmoduls 2 steht in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 200. Zwischen der jeweiligen Lastleitung 30 und dem entsprechenden Schlauchstutzen 22A, 22B ist ein Freiraum 33 ausgebildet. Durch diesen Freiraum 33 ist das Kühlmittel strömbar. Vorliegend ist der Außendurchmesser der jeweiligen Lastleitung 30 im Inneren des entsprechenden Schlauchstutzens 22A, 22B kleiner als der Innendurchmesser des Schlauchstutzens 22A, 22B.
Die beiden Öffnungen 201 sind auf jeweils einen der beiden Anschlussbereiche 202 ausgerichtet, wobei die beiden Anschlussbereiche 202 über einen Kanal 205 (siehe z.B. 4Cund 4D) in Fluidverbindung miteinander stehen. Somit stehen die Kühlmittelleitungen 31 der Zuleitungen 3 des Kühlmoduls 2 über die Ausnehmung 200 miteinander in Fluidverbindung. Eine der Kühlmittelleitungen 31 dient als Zuführung von Kühlmittel und die andere der Kühlmittelleitungen 31 dient als Ableitung des Kühlmittels. Somit dient eine der beiden Öffnungen 201 als Einlass, die andere als Auslass. Die Öffnungen 201 sind an derselben Seite des Grundkörpers 20 ausgebildet, sodass durch den Einlass in einer Einlassrichtung eingeleitetes Kühlmittel in einer Auslassrichtung aus dem Auslass strömt, die entgegen der Einlassrichtung gerichtet ist.
Das Kühlmittel überströmt damit den thermisch kritischen Anschluss einer ersten Lastleitung 30, wird in der Ausnehmung 200 des Grundkörpers 20 auf die andere Seite umgeleitet und überströmt danach den Anschluss einer zweiten Lastleitung 30, die im Übrigen optional ist (und alternativ wird das Kühlmittel in der umgekehrten Richtung eingeleitet). Das Kühlmodul 2 kann somit sowohl mit einer als auch zwei elektrischen Lastleitungen 30 betrieben werden. Es ist allerdings auch keine Beschränkung auf zwei Lastleitungen 30 gegeben und es können auch mehr (z.B. über mehr Öffnungen 201) vorgesehen sein. Das Kühlmittel wird mit mindestens zwei Kühlmittelleitungen zu- und auch wieder abgeführt. Hier sind ebenfalls mehr als zwei Kühlmittelleitungen 31 denkbar. Die Anordnung der Ausnehmung 200 und der Öffnungen 201 in Form der Bohrungen ist derart gestaltet, dass die elektrischen Lastleitungen 30 und das Kühlmittel jeweils zumindest weitgehend koaxial zueinander in den Bohrungsachsen der Öffnungen 201 in das Kühlmodul 2 eintreten. Die elektrischen Lastleitungen 30 liegen außerhalb des Kühlmoduls 2 direkt im freien Volumen der Kühlmittelschläuche (der Mäntel 32). Das Kühlmittel ist insbesondere nicht elektrisch leitend, sondern elektrisch isolierend.
Die mehreren Lastleitungen 30 eines Kühlmoduls 2 sind über den Grundkörper 30 elektrisch miteinander verbunden und werden mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt.
5 zeigt die Anschlussbereiche 202 im Detail im Querschnitt. Die Anschlussbereiche 202 sind dem Verfahren des Fügens von Lastleitung 30 und Grundkörper 20 angepasst und umfassen vorliegend jeweils eine plane Bodenfläche 206 mit seitlicher Drahtbegrenzung durch seitliche Drahtbegrenzungsflächen 203 für das Ultraschallschweißen, z.B. mittels des in 5 gezeigten Schweißstempels 8. Die Drahtbegrenzungsflächen 203 verhindern ein Ausweichen des Drahtbündels der Lastleitung 30 unter dem Schweißstempel 8.
6 zeigt eine alternative Ausgestaltung von Anschlussbereichen 202' im Detail im Querschnitt. Auch diese Anschlussbereiche 202' sind dem Verfahren des Fügens von Lastleitung 30 und Grundkörper 20 angepasst und umfassen vorliegend jeweils eine konkave, muldenförmige Bodenfläche 206' zum Einlöten der jeweiligen Lastleitung (konkret: des entsprechenden Kontaktabschnitts 300).
Es wird somit mit dem Kühlmodul 2 ein modulartiges Bauteil bereitgestellt, welches die Funktionen eines elektrischen (optional mehrfachen) Anschlusses für gekühlte Lastleitungen 30, der elektrischen Stromführung, der Kühlung eines Lastkontaktes 10A, 10B, sowie der Führung eines Kühlfluides miteinander kombiniert und integriert, und das in einem Hochleistungsteckverbinder mit dem zu kühlenden Lastkontakt 10A, 10B fest verbunden, z.B. daran angeflanscht werden kann.
Es sei erwähnt, dass es alternativ auch möglich ist, im Grundkörper 20 nur die Zugangsöffnung 207 zur Ausnehmung 200 vorzusehen (und die Öffnungen 201 nicht im Grundkörper 20) und die Anschlüsse der Kühlmittelleitung, z.B. über ein weiteres Bauteil, beispielsweise einen entsprechend gestalteten Deckel 21, zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Steckverbinderteil
10A, 10B: Lastkontakt
100: Kontaktabschnitt
101: Montageabschnitt
11: Steckkontakt
12: Gehäuse
120: vorderes Gehäuseteil
121: hinteres Gehäuseteil
13: Trennelement
2: Kühlmodul
20: Grundkörper
200: Ausnehmung
201: Öffnung
202, 202': Anschlussbereich
203: Drahtbegrenzungsfläche
204: Montagefläche
205: Kanal
206; 206': Bodenfläche
207: Zugangsöffnung
21: Deckel
22A, 22B: Schlauchstutzen
23, 24: Schraube
3: Zuleitung
30: Lastleitung
300: Kontaktabschnitt
31: Kühlmittelleitung
32: Mantel
33: Freiraum
4: Gegensteckverbinderteil
5: Fahrzeug
6: Ladestation
7: Kabel
8: Schweißstempel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019104655 A1 [0004]
DE 102016108823 B4 [0004]

Claims

Kühlmodul (2) für ein Steckverbinderteil (1), mit - einem Grundkörper (20) mit einer Ausnehmung (200), in der zumindest ein Anschlussbereich (202; 202') zur elektrischen Kontaktierung durch eine elektrische Lastleitung (30) ausgebildet ist, - zumindest eine in die Ausnehmung (200) mündende Öffnung (201), über die ein Kühlmittel durch die Ausnehmung (200) strömbar ist, und - einer Montagefläche (204) zur Montage eines elektrischen Lastkontakts (10A, 10B).
Kühlmodul (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine elektrische Lastleitung (30) mit einem am zumindest einen Anschlussbereich (202; 202') des Grundkörpers (20) anliegenden Kontaktabschnitt (300).
Kühlmodul (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrische Lastleitung (30) durch die Öffnung (201) hindurch erstreckt und zumindest abschnittsweise von einer Kühlmittelleitung (31) umgeben ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschlussbereich (202) eine ebene Bodenfläche (206) aufweist.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschlussbereich (202') eine konkave Bodenfläche (206') aufweist.
Kühlmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Deckel (21), der die Ausnehmung (200) fluiddicht verschließt.
Kühlmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Öffnung (201) ein Schlauchstutzen (22A, 22B) montierbar oder montiert ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (201) auf den zumindest einen Anschlussbereich (202; 202') ausgerichtet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (201) als Einlass oder Auslass für das Kühlmittel dient und eine weitere Öffnung (201) entsprechend als Auslass oder Einlass für das Kühlmittel dient, wobei durch den Einlass in einer Einlassrichtung eingeleitetes Kühlmittel in einer Auslassrichtung aus dem Auslass strömt, die entgegen der Einlassrichtung gerichtet ist.
Kühlmodul (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Öffnungen (201) auf jeweils einen von zwei Anschlussbereichen (202; 202') ausgerichtet sind, wobei die beiden Anschlussbereiche (202; 202') über einen Kanal (205) in Fluidverbindung miteinander stehen.
Kühlmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, sodass über das Material des Grundkörpers (20) eine den Anschlussbereich (202; 202') elektrisch kontaktierende elektrische Lastleitung (30) mit einem an der Montagefläche (204) zu montierenden elektrischen Lastkontakt (10A, 10B) elektrisch verbindbar ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an der Montagefläche (204) montierten Lastkontakt (10A, 10B).
Steckverbinderteil (1) zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil (4), mit - einem Gehäuse (12) und - zumindest ein am Gehäuse (12) angeordnetes Kühlmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kühlmodul (2) ein Lastkontakt (10A, 10B) verschraubt ist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (1) als Fahrzeugladedose oder Fahrzeugladestecker ausgebildet ist.