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Die Erfindung betrifft eine Kabelbaugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Kabelbaugruppe umfasst ein Kabel, das zumindest eine elektrische Lastleitung zum Leiten eines elektrischen Stroms und zumindest eine in dem Kabelmantel erstreckte Kühlleitung zum Führen eines Kühlmittels aufweist.
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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.
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Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 350 A oder sogar größer als 500 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.
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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.
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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.
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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 Kabelmantel verlegt, die einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein Kühlmittel bereitstellt, um Wärme an dem Kabel aufzunehmen und von dem Kabel abzuführen.
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Die
DE 10 2018 125 835 A1 beschreibt eine Kabelbaugruppe, die eine Zugentlastungsbaugruppe zum Anschließen eines Kabels an ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers aufweist. An der Zugentlastungsbaugruppe sind Lastleitungen und Kühlleitungen geführt.
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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 an einer elektrischen Baugruppe, zum Beispiel einer Ladestation, ist jedoch erforderlich, diesen Verbund aus elektrischen Lastleitungen und Kühlleitungen dort aufzuheben, wo die Lastleitungen an die elektrische Baugruppe angeschlossen werden. Lastleitungen sind somit an einem Anschlussende 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.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kabelbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die eine Kühlung von Lastleitungen auch an einem Ende eines Kabels ermöglicht, an dem das Kabel an eine zugeordnete elektrische Baugruppe angeschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach umfasst die Kabelbaugruppe eine Anschlussbaugruppe zum Anschließen des Kabels an eine elektrische Baugruppe, wobei die Anschlussbaugruppe zumindest zwei Segmente aufweist, die aneinander ansetzbar sind und in einem montierten Zustand die zumindest eine Lastleitung zwischen sich aufnehmen, wobei zumindest eines der Segmente einen Konnektor zum Anschließen der zumindest einen Kühlleitung aufweist und zumindest einen an den Konnektor anschließenden Kanalabschnitt eines durch das Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanalsystems ausbildet.
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Über die Anschlussbaugruppe ist das Kabel der Kabelbaugruppe an eine zugeordnete elektrische Baugruppe, zum Beispiel auf Seiten einer Ladestation eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs oder auf Seiten eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers, angeschlossen. Die Anschlussbaugruppe dient dazu, die zumindest eine Lastleitung des Kabels zu führen, sodass die Lastleitung hin zu einer zugeordneten elektrischen Baugruppe verlegt ist und mit der elektrischen Baugruppe, zum Beispiel zum Einspeisen eines Ladestroms in die zumindest eine Lastleitung, verbunden werden kann.
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Die Anschlussbaugruppe weist mehrere Segmente auf, die aneinander ansetzbar sind und dazu ausgestaltet sind, die zumindest eine Lastleitung zwischen sich aufzunehmen. Ein jedes der Segmente kann hierbei zum Beispiel eine oder mehrere Aufnahmenuten aufweisen, die in ihrer Form der (im Querschnitt kreisförmigen) Lastleitung angepasst sein können, sodass bei aneinander angesetzten Segmenten die zumindest eine Lastleitung zwischen zwei Segmenten platziert und zwischen den Segmenten geführt ist. Die Aufnahmenuten können beispielsweise an den einander zugewandten Seiten der Segmente geformt sein und beispielsweise jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, sodass einander zugeordnete Aufnahmenuten der Segmente gemeinsam einen im Querschnitt kreisförmigen Kabelkanal zum Aufnehmen einer zugeordneten Lastleitung ausbilden.
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Die Segmente der Anschlussbaugruppe sind beispielsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material, zum Beispiel einem Metallmaterial, beispielsweise Aluminium, gefertigt. An den Segmenten der Anschlussbaugruppe kann somit Wärme von den Lastleitungen aufgenommen werden, wobei die Lastleitungen vorzugsweise zwischen den Segmenten eng eingefasst und flächig berührend mit den Segmenten in Anlage sind, sodass ein günstiger Wärmeübergang zwischen den Segmenten und den daran angeordneten Lastleitungen geschaffen wird.
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An einer Aufnahmenut kann hierbei zum Beispiel ein Kopplungsmedium, zum Beispiel in Form einer Wärmeleitpaste, eines Gapfillers oder dergleichen, zum Herstellen eines vorteilhaften Wärmeübergangs zwischen der Lastleitung und den Segmenten der Anschlussbaugruppe angeordnet sein.
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Um eine Kühlung an den Segmenten der Anschlussbaugruppe zur Verfügung zu stellen, weist zumindest eines der Segmente einen Kanalabschnitt auf, der in dem jeweiligen Segment geformt ist und Bestandteil eines Kühlkanalsystems ist. Das Segment weist einen Konnektor zum Anschließen der zumindest einen Kühlleitung des Kabels auf, sodass Kühlmittel zwischen dem Kabel und der Anschlussbaugruppe fließen und das Kühlkanalsystem der Anschlussbaugruppe durchströmen kann. An der Anschlussbaugruppe wird somit eine aktive Kühlung der zwischen den Segmenten aufgenommenen Lastleitungen zur Verfügung gestellt, sodass die Lastleitungen über die Anschlussbaugruppe zum Verbinden mit der übergeordneten elektrischen Baugruppe zum einen in definierter Weise verlegt und dazu zwischen den Segmenten der Anschlussbaugruppe aufgenommen sind und zum anderen durch das Kühlkanalsystem der Anschlussbaugruppe aktiv gekühlt sind, sodass Wärme in einem solchen Bereich der Lastleitungen, in dem die Lastleitungen zwischen dem Kabel und der elektrischen Baugruppe erstreckt sind, aufgenommen und abgeleitet werden kann.
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Die Anschlussbaugruppe dient dazu, den Verbund von Lastleitungen und Kühlleitungen des Kabels dort, wo das Kabel an eine übergeordnete elektrische Baugruppe anzuschließen ist, in einer Weise aufzuheben, dass weiterhin eine Kühlung an den Lastleitungen zumindest über einen gewissen Erstreckungsweg der Lastleitungen zwischen dem Kabel und der elektrischen Baugruppe bereitgestellt wird. Eine frei erstreckte, nicht gekühlte Länge der Lastleitungen wird somit reduziert, sodass eine Überhitzung an den Lastleitungen an einem Übergang zwischen dem Kabel und der übergeordneten elektrischen Baugruppe, beispielsweise an der Ladestation eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, vermieden werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist die Anschlussbaugruppe eine dem Kabel zugeordnete, erste Anschlussseite und eine der elektrischen Baugruppe zugeordnete, zweite Anschlussseite auf. Die zumindest eine Lastleitung tritt, ausgehend von dem Kabel, an der ersten Anschlussleiste in die Anschlussbaugruppe ein und an der zweiten Anschlussseite aus der Anschlussbaugruppe aus, wobei die zumindest eine Lastleitung sich zwischen der ersten Anschlussseite und der zweiten Anschlussseite zwischen den Segmenten der Anschlussbaugruppe erstreckt und durch die Segmente eingefasst ist.
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Die Anschlussseiten können sich hierbei in ihrer Erstreckungsrichtung voneinander unterscheiden. So kann eine Eintrittsrichtung, entlang derer die zumindest eine Lastleitung an der ersten Anschlussseite in die Anschlussbaugruppe eintritt, schräg zu einer Austrittsrichtung, entlang derer die zumindest eine Lastleitung an der zweiten Anschlussseite aus der Anschlussbaugruppe austritt, gerichtet sein. Über die Anschlussbaugruppe sind die Lastleitungen des Kabels somit so umgelenkt, dass sie in geeigneter Weise hin zu der zugeordneten elektrischen Baugruppe, an die die Lastleitungen anzuschließen sind, geführt werden. Eine der Eintrittsrichtung entsprechende Kabelabgangsrichtung unterscheidet sich dabei von der Richtung, in der Lastleitungen zwischen der Anschlussbaugruppe und der übergeordneten elektrischen Baugruppe geführt sind.
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In einer Ausgestaltung ist der zumindest eine Konnektor, an den die zumindest eine Kühlleitung des Kabels angeschlossen ist, an der ersten Anschlussseite der Anschlussbaugruppe angeordnet. Die zugeordnete Kühlleitung des Kabels ist somit an der ersten Anschlussseite mit dem Konnektor der Anschlussbaugruppe verbunden, sodass Kühlmittel zwischen der Kühlleitung und dem Kühlkanalsystem der Anschlussbaugruppe strömen kann.
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Über den Konnektor kann die Kühlleitung insbesondere steckend mit dem zugeordneten Kanalabschnitt des Kühlkanalsystems der Anschlussbaugruppe verbunden sein. Der Konnektor kann beispielsweise die Gestalt eines Anschlussstutzens aufweisen, der an einem Segment der Anschlussbaugruppe angeordnet ist, sodass Kühlmittel zwischen dem in dem Segment geformten Kanalabschnitt des Kühlkanalsystems und der zugeordneten Kühlleitung des Kabels strömen kann und somit eine aktive Kühlung innerhalb des Segments und somit innerhalb der Anschlussbaugruppe zur Verfügung gestellt wird.
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In einer Ausgestaltung weist die Anschlussbaugruppe an der ersten Anschlussseite einen ersten Ringbund auf. Der zumindest eine Konnektor ist hierbei beispielsweise radial innerhalb des ersten Ringbunds angeordnet, und durch den ersten Ringbund hindurch erstreckt sich auch die zumindest eine Lastleitung. Der erste Ringbund schließt somit einen solchen Bereich an der ersten Anschlussseite umfänglich ein, innerhalb dessen die zumindest eine Kühlleitung des Kabels an die Anschlussbaugruppe angeschlossen ist und die zumindest eine Lastleitung in die Anschlussbaugruppe eintritt. Über den Ringbund kann beispielsweise eine Abdichtung geschaffen werden, sodass ein Übergang zwischen dem Kabel und der Anschlussbaugruppe zum Beispiel feuchtigkeitsdicht nach außen hin eingeschlossen sein kann.
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In einer Ausgestaltung weisen die Segmente der Anschlussbaugruppe erste Bundabschnitte auf, die gemeinsam den ersten Ringbund ausbilden. Jedes Segment kann hierbei einen oder mehrere Bundabschnitte aufweisen, die zusammengesetzt den ersten Ringbund ergeben. Denkbar ist jedoch auch, dass Bundabschnitte nur an einem oder an einer Untergruppe der Gesamtzahl der Segmente angeordnet sind, wobei die Bundabschnitte jeweils zusammengesetzt einen umfänglich geschlossenen, beispielsweise zylindrischen Ringbund ergeben.
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In einer Ausgestaltung weist die Anschlussbaugruppe an der zweiten Anschlussseite einen zweiten Ringbund auf. Die zumindest eine Lastleitung ist hierbei beispielsweise durch den zweiten Ringbund hindurch erstreckt. Der zweite Ringbund kann umfänglich geschlossen sein und beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen. Über den zweiten Ringbund kann somit eine Abdichtung zwischen der Anschlussbaugruppe und der elektrischen Baugruppe, mit der die zumindest eine Lastleitung verbunden ist, geschaffen werden.
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In einer Ausgestaltung weisen die Segmente der Anschlussbaugruppe zweite Bundabschnitte auf, die gemeinsam den zweiten Ringbund ausbilden. Jedes Segment kann hierbei einen oder mehrere Bundabschnitte aufweisen, die zusammengesetzt den zweiten Ringbund ergeben. Denkbar ist jedoch auch, dass Bundabschnitte nur an einem oder einer Untergruppe der Gesamtzahl der Segmente angeordnet sind, wobei die Bundabschnitte jeweils zusammengesetzt einen umfänglich geschlossenen, beispielsweise zylindrischen Ringbund ergeben.
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In einer Ausgestaltung ist an der ersten Anschlussseite ein Hüllteil, zum Beispiel in Form einer Manschette, angeordnet, das zumindest eine elektrische Leitung des Kabels derart zu der Anschlussbaugruppe führt, dass die zumindest eine elektrische Leitung in dem montierten Zustand der Segmente nicht zwischen den zumindest zwei Segmenten aufgenommen ist. Das Hüllteil führt die elektrische Leitung, beispielsweise eine Signalleitung des Kabels, somit von der Anschlussbaugruppe weg, sodass die Leitung nicht zwischen den Segmenten aufgenommen ist. Über das Hüllteil können somit Leitungen, an denen keine besondere Kühlung erforderlich ist, abgezweigt werden.
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Das Hüllteil kann beispielsweise aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Gummimaterial, gefertigt sein und die Form zum Beispiel einer Tülle aufweisen. Das Hüllteil kann einen Auslass aufweisen, durch den hindurch eine oder mehrere elektrische Leitungen zum Abzweigen von der Anschlussbaugruppe geführt werden können.
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In einer Ausgestaltung verbindet der zumindest eine Kanalabschnitt den zumindest einen Konnektor mit zumindest einem weiteren, zweiten Konnektor. Über den zweiten Konnektor kann beispielsweise eine (zu dem Kabel gesonderte, außerhalb des Kabels verlegte) Anschlussleitung mit der Anschlussbaugruppe verbunden sein, sodass über das Kühlkanalsystem der Anschlussbaugruppe Kühlmittel zwischen der Anschlussleitung (insbesondere einer geräteseitigen Kühlleitung auf Seiten einer Ladestation eines Ladesystems) und einer zugeordneten Kühlleitung des Kabels strömen kann.
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Der zweite Konnektor kann hierbei radial außerhalb des zweiten Ringbunds an der zweiten Anschlussseite der Anschlussbaugruppe angeordnet sein. Die Anschlussleitung kann somit außerhalb des zweiten Ringbunds, durch den hindurch die zumindest eine Lastleitung zwischen der Anschlussbaugruppe und der übergeordneten elektrischen Baugruppe erstreckt ist, mit der Anschlussbaugruppe verbunden sein.
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Der zweite Konnektor ist beispielsweise an einem Ort, der zu der zweiten Anschlussseite beabstandet ist, an der Anschlussbaugruppe angeordnet.
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Eine Eintrittsrichtung, entlang derer die zumindest eine Kühlleitung des Kabels ausgehend von dem Kabel in die Anschlussbaugruppe eintritt, und eine Abgangsrichtung, entlang derer die Anschlussleitung sich zu der Anschlussbaugruppe erstreckt, können hierbei unter einem schrägen Winkel, beispielsweise einem spitzen Winkel, zueinander gerichtet sein.
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In einer Ausgestaltung weist jedes der zumindest zwei Segmente der Anschlussbaugruppe einen Konnektor zum Anschließen je einer Kühlleitung des Kabels auf. Sind in dem Kabel beispielsweise drei Kühlleitungen geführt und weist die Anschlussbaugruppe drei Segmente auf, so ist jede Kühlleitung des Kabels an einen zugeordneten Konnektor eines zugeordneten Segments der Anschlussbaugruppe angeschlossen, wobei in jedem Segment Kanalabschnitte geformt sind, über die der Konnektor mit einem jeweils zugeordneten, zweiten Konnektor des jeweiligen Segments verbunden ist, sodass jedes Segment mit Kühlmittel durchströmt werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist die Anschlussbaugruppe drei Segmente auf, die aneinander angesetzt werden können. Äußere Segmente können hierbei an ein mittleres Segment angesetzt werden, wobei ein erstes äußeres Segment an eine erste Seite des mittleren Segments und ein zweites äußeres Segment an eine der ersten Seite abgewandte, zweite Seite des mittleren Segments angesetzt werden kann. An jeder Seite des mittleren Segments können hierbei Aufnahmenuten zum Aufnehmen jeweils zumindest einer Lastleitung geformt sein, sodass in montiertem Zustand Lastleitungen sowohl zwischen dem mittleren Segment und dem ersten äußeren Segment als auch zwischen dem mittleren Segment und dem zweiten äußeren Segment aufgenommen sind.
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Eine Kabelbaugruppe der hier beschriebenen Art kann vorteilhafterweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Das Kabel kann in diesem Fall zum Beispiel über die Anschlussbaugruppe 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.
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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 einer Anschlussbaugruppe zum Anschließen eines Kabels in Form eines Ladekabels an eine übergeordnete elektrische Baugruppe, zum Beispiel einer Ladestation eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs;
- 6 eine Explosionsansicht der Anschlussbaugruppe;
- 7 eine Ansicht der Anschlussbaugruppe, ohne ein daran angeschlossenes Kabel;
- 8 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 7;
- 9 eine Ansicht frontal auf eine erste Anschlussseite der Anschlussbaugruppe;
- 10 eine Ansicht frontal auf eine zweite Anschlussseite der Anschlussbaugruppe;
- 11 eine Ansicht von zwei aneinander angesetzten Segmenten der Anschlussbaugruppe;
- 12 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 11;
- 13 eine Ansicht einer Lastleitung an einem zugeordneten Segment;
- 14 eine Ansicht einer Lastleitung an einem zugeordneten Segment, unter zusätzlicher Verwendung eines Kopplungsmediums;
- 15 eine Explosionsansicht von Segmenten der Anschlussbaugruppe;
- 16 eine stirnseitige Ansicht der Segmente gemäß 15;
- 17 eine Ansicht einer Zapfenverbindung der Segmente miteinander;
- 18 eine Ansicht der Verbindung von Bundabschnitten der Segmente;
- 19 eine Ansicht einer Ladestation, an die das Kabel über die Anschlussbaugruppe angeschlossen ist;
- 20 eine vergrößerte Schnittansicht der Ladestation im Bereich der Anschlussbaugruppe;
- 21 eine Schnittansicht durch ein äußeres Segment der Anschlussbaugruppe;
- 22 eine Schnittansicht durch ein mittleres Segment der Anschlussbaugruppe;
- 23 eine Ansicht der Anschlussbaugruppe im Bereich eines Hüllteils zur Verbindung des Kabels mit der Anschlussbaugruppe;
- 24 eine Schnittansicht durch das Hüllteil; und
- 25 eine Längsschnittansicht durch die Anschlussbaugruppe und das daran angeschlossene Kabel im Bereich des Hüllteils.
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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.
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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.
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Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 350 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 500 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.
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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.
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Bei einem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kabels 2 sind daher in einem Kabelmantel 20 Kühlleitungen 23, 24 zusammen mit Lastleitungen 22 und einer Schutzleitung 28 (sogenannte PE-Leitung) verlegt, die einen Kühlmittelfluss innerhalb des Kabels 2 bereitstellen und auf diese Weise Wärme an den in dem Kabelmantel 20 erstreckten Lastleitungen 22 aufnehmen und abführen können.
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Wie aus 3 und der Querschnittansicht gemäß 4 ersichtlich, weist das Kabel 2 einen äußeren Kabelmantel 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 Kabelmantel 20 erstreckten Lastleitungen 22 nach außen hin.
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Im Inneren des Kabelmantels 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.
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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.
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Zudem sind Signalleitungen 27 in dem Kabelmantel 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 Kabelmantels 20 derart auszufüllen, dass der Kabelmantel 20 im Querschnitt eine zumindest näherungsweise kreisförmige Gestalt einnimmt, wie dies aus 4 ersichtlich ist.
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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.
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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 Kabelmantels 20 erstrecken.
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Das Kabel 2 ist an seinem einen Ende 200 mit dem Steckverbinderteil 3 verbunden und an seinem anderen Ende 201 an die Ladestation 1 angeschlossen. Innerhalb der Ladestation 1 ist das Kabel 2 hierbei an eine zugeordnete elektrische Baugruppe angeschlossen, über die Ladeströme in das Ladekabel 2 eingeleitet und hin zum Steckverbinderteil 3 geleitet werden und über die ein Ladevorgang zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs 4 gesteuert wird.
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Während innerhalb des Ladekabels 2 Lastleitungen 22 und Kühlleitungen 23, 24 in einem räumlich engen Verbund in einer solchen Weise zueinander geführt sind, dass an den Lastleitungen 22 entstehende Wärme durch die Kühlleitungen 23, 24 aufgenommen und abgeleitet werden kann, ist ein solcher Verbund im Bereich des Endes 201 zum Anschließen des Kabels 2 an die Ladestation 1 aufzuheben. Hierzu wird vorliegend vorgeschlagen, eine Anschlussbaugruppe einzusetzen, die zum einen ein definiertes Führen der Lastleitungen 22 zwischen dem Kabel 2 und einer zugeordneten elektrischen Baugruppe der Ladestation 1 ermöglicht und dabei auch eine Kühlung bereitstellt, sodass eine frei erstreckte Länge der Lastleitungen 22 zwischen dem Kabel 2 und einer zugeordneten elektrischen Baugruppe der Ladestation 1 reduziert ist.
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5 bis 25 zeigen Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer Anschlussbaugruppe 5, über die ein Kabel 2 mit einer zugeordneten elektrischen Baugruppe 10 (siehe 19 und 20) innerhalb der Ladestation 1 verbunden ist. Die Anschlussbaugruppe 5 stellt eine Verbindung des Kabels 2 mit der Ladestation 1 her und stellt dabei zudem eine aktive Kühlung bereit, sodass an der Anschlussbaugruppe 5 aufgenommene Lastleitungen 22 aktiv durch die Anschlussbaugruppe 5 geführt werden.
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Der Anschlussbaugruppe 5 weist Segmente 50, 51, 52 auf, die aneinander angesetzt und über Befestigungselemente 55 in Form von Schrauben fest miteinander verbunden sind. Ein mittleres Segment 50 bildet hierbei, wie zum Beispiel aus 6 in Zusammenschau mit 15 und 16 ersichtlich, Seiten 500, 501 aus, an die äußere Segmente 51, 52 angesetzt sind, sodass die Segmente 50, 51, 52 flächig aneinander anliegen und dabei fest miteinander verbunden sind.
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Ein jedes Segment 50, 51, 52 weist Aufnahmenuten 502-505, 512, 513, 522, 523 in Form von im Querschnitt halbkreisförmigen Kanälen auf, in denen die Lastleitungen 22 des Kabels 2 bei zusammengesetzten Segmenten 50, 51, 52 aufgenommen sind. Aufnahmenuten 502, 503 an der Seite 500 des mittleren Segments 50 sind hierbei Aufnahmenuten 512, 513 an einer inneren Seite 511 des Segments 51 zugeordnet, während Aufnahmenuten 504, 505 an der Seite 501 Aufnahmenuten 522, 523 an der inneren Seite 521 des Segments 52 zugeordnet sind. Eine jede Aufnahmerinne 502-505, 512, 513, 522, 523 ist im Querschnitt halbkreisförmig geformt derart, dass bei zusammengesetzten Segmenten 50, 51, 52 die einander zugeordneten Aufnahmenuten 502-505, 512, 513, 522, 523 gemeinsam jeweils einen Leitungskanal mit kreisförmigem Querschnitt ausbilden.
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Wie aus 5 in Zusammenschau mit 6 und 15 und 16 ersichtlich ist, sind zwischen dem mittleren Segment 50 und einem jeden äußeren Segment 51, 52 jeweils zwei Lastleitungen 22 in den einander zugeordneten Aufnahmenuten 502-505, 512, 513, 522, 523 aufgenommen. Die Lastleitungen 22 liegen in den durch die Aufnahmenuten 502-505, 512, 513, 522, 523 geformten Leitungskanälen ein und sind dadurch flächig mit den Segmenten 50, 51, 52 der Anschlussbaugruppe 5 in Anlage, sodass Wärme von den Lastleitungen 22 in die Segmente 50, 51, 52 eingeleitet werden kann.
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Wie aus den Ansichten gemäß 13 und 14 ersichtlich, können die Lastleitungen 22 unmittelbar in Anlage mit den jeweils zugeordneten Segmenten 50, 51, 52 sein (13). Denkbar ist aber auch, zwischen den Lastleitungen 22 und den Segmenten 50, 51, 52 ein Kopplungsmedium 504 in Form zum Beispiel einer Wärmeleitpaste oder eines sogenannten Gapfillers anzuordnen, sodass sichergestellt ist, dass ein günstiger Wärmeübergang zwischen den Lastleitungen 22 und den Segmenten 50, 51, 52 hergestellt ist.
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Die Anschlussbaugruppe 5 weist eine erste Anschlussseite B auf, die dem Kabel 2 zugewandt ist und an der die Lastleitungen 22 in die Anschlussbaugruppe 5 eintreten und die Kühlleitungen 23, 24 an die Anschlussbaugruppe 5 angeschlossen sind. Wie dies aus der Explosionsansicht gemäß 6 in Zusammenschau mit 9 ersichtlich ist, sind an der Anschlussseite B der Anschlussbaugruppe 5 Anschlüsse 508, 516, 526 in Form von Anschlussstutzen angeordnet, über die die Kühlleitungen 23, 24 an die Anschlussbaugruppe 5 angeschlossen sind. An einem jeden Segment 50, 51, 52 ist hierbei genau ein Konnektor 508, 516, 526 angeordnet, sodass eine jede Kühlleitung 23, 24 an ein zugeordnetes Segment 50, 51, 52 angeschlossen ist.
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Wie dies aus den Schnittansichten gemäß 21 und 22 ersichtlich ist, ist in einem jeden Segment 50, 51, 52 ein Kühlkanalsystem 59 geformt, das Kanalabschnitte 591-600 aufweist, über die der jeweilige Konnektor 508, 516, 526 an der ersten Anschlussseite B mit einem jeweils zugeordneten, weiteren, zweiten Konnektor 507, 515, 525 verbunden ist. Durch die Kanalabschnitte 591-600 kann Kühlmittel zwischen der jeweiligen Kühlleitung 23, 24 des Kabels 2 und einer an den jeweiligen weiteren, zweiten Konnektor 507, 515, 525 angeschlossenen Anschlussleitung 53, 54 (siehe 5 Zusammenschau mit 6) strömen, sodass ein jedes Segment 50, 51, 52 durch Kühlmittel durchströmt und somit aktiv geführt ist.
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Wie aus der Schnittansicht gemäß 21 und 22 ersichtlich, ist ein jedes Kühlkanalsystem 59 durch Bohrungen in dem jeweiligen Segment 50, 51, 52 geformt.
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Bei den äußeren Segmenten 51, 52 (dargestellt in 21 für das Segment 52) schließt an den Konnektor 516, 526 an der ersten Anschlussseite B ein Kanalabschnitt 596 an, der winklig in einen Kanalabschnitt 597 übergeht, an den ein rechtwinklig abgehender Kanalabschnitt 598 anschließt, an den wiederum rechtwinklig ein Kanalabschnitt 599 anschließt, an den winklig ein Kanalabschnitt 600 anschließt, der mit dem weiteren, zweiten Konnektor 525 in Strömungsverbindung steht.
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Bei dem mittleren Segment 50 (dargestellt in 22) schließt an den Konnektor 508 an der ersten Anschlussseite B ein Kanalabschnitt 591 an, der winklig in einen Kanalabschnitt 592 übergeht, an den ein rechtwinklig abgehender Kanalabschnitt 593 anschließt, an den rechtwinklig ein Kanalabschnitt 594 anschließt, an den winklig ein Kanalabschnitt 595 anschließt, der mit dem weiteren, zweiten Konnektor 507 in Strömungsverbindung steht.
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Weil die Kanalabschnitte 591-600 fertigungstechnisch durch Bohrungen in den Segmenten 50, 51, 52 gefertigt sind, sind Öffnungen der Kanalabschnitte 596-600 nach außen hin durch Schließelemente 590 verschlossen, sodass je ein geschlossener Strömungskanal zwischen den Anschlüssen 507, 508; 516, 526; 525, 526 eines jeden Segments 50, 51, 52 geschaffen wird.
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Die Segmente 50, 51, 52 weisen an der ersten Anschlussseite B jeweils Bundabschnitte 506, 514, 524 auf, die bei aneinander angesetzten Segmenten 50, 51, 52 einen umfänglich geschlossenen Ringbund ausbilden, an den ein Hüllteil 56 in Form einer aus einem elastischen Material gefertigten Manschette angesetzt ist. Das Kabel 2 ist über eine Verschraubungsbaugruppe 58 und ein ein Gewinde 570 aufweisendes Ansetzteil 57 mit einer Wandung 11 der Ladestation 1 verbunden (siehe zum Beispiel 20 und 23 und 25), wobei das Hüllteil 26 einen Übergang zwischen dem Ansetzteil 57 und der Anschlussbaugruppe 5 feuchtigkeitsdicht abgedichtet.
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Das Hüllteil 56 weist, wie zum Beispiel aus 6 in Zusammenschau mit 23 bis 25 ersichtlich, eine Abzweigöffnung 560 auf, über die die Schutzleitung 28 und eine oder mehrere Signalleitungen 27 aus dem Kabel 2 derart abgezweigt sind, dass die Schutzleitung 28 und die Signalleitungen 27 nicht in die Anschlussbaugruppe 5 eingeführt, sondern an der Anschlussbaugruppe 5 vorbeigeführt werden. Über die Abzweigöffnung 560 des zum Beispiel aus einem elastischen Gummimaterial gefertigten Hüllteils 56 ist hierbei der Austritt der Schutzleitung 28 und der Signalleitungen 27 aus dem Hüllteil 56 feuchtigkeitsdicht abgedichtet.
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Auch an der zweiten Anschlussseite A bildet die Anschlussbaugruppe 5 einen zylindrischen, umfänglich geschlossenen Ringbund aus. Während das mittlere Segment 50 keine Bundabschnitte aufweist, sind an den äußeren Segmenten 51, 52 jeweils halbkreisförmige Bundabschnitte 510, 520 geformt, die bei Ansetzen der Segmente 50, 51, 52 aneinander miteinander in Verbindung gelangen und somit den umfänglich geschlossenen Ringbund herstellen.
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Wie dies aus 18 ersichtlich ist, können die Bundabschnitt 510, 520 an ihren Stirnseiten jeweils eine Verbindung nach Art einer Nut-Feder-Verbindung eingehen.
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Über den Ringbund an der zweiten Anschlussseite A kann ein Übergang zwischen der Anschlussbaugruppe 5 und der elektrischen Baugruppe 10, an die die Lastleitungen 22 angeschlossen sind (siehe 20), durch eine geeignete Manschette abgedichtet werden.
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Während die Anschlüsse 508, 516, 526 an der ersten Anschlussseite B innerhalb des durch die Bundabschnitte 506, 514, 524 geschaffenen Ringbunds und somit innerhalb des Hüllteils 56 angeordnet sind, sind die Anschlüsse 507, 515, 525 nicht an der zweiten Anschlussseite A und nicht innerhalb des durch die Bundabschnitte 510, 520 geschaffenen Ringbunds an der zweiten Anschlussseite A angeordnet. Die Kühlleitungen 23, 24 des Kabels 2 sind somit an der ersten Anschlussseite B innerhalb des Ringbunds mit der Anschlussbaugruppe 5 verbunden. Die Anschlussleitungen 53, 54 sind demgegenüber außerhalb des Ringbunds an der zweiten Anschlussseite A an die Anschlussbaugruppe 5 angeschlossen.
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Die Verlegerichtung der Lastleitungen 22 zwischen der Anschlussbaugruppe 5 und der zugeordneten elektrischen Baugruppe 10 und die Verlegerichtung der Anschlussleitungen 53, 54 von der Anschlussbaugruppe 5 weg unterscheiden sich hierbei, indem die Verlegerichtungen beispielsweise näherungsweise rechtwinklig zueinander erstreckt sind.
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Zudem unterscheidet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch eine Eintrittsrichtung, in die die Lastleitungen 22 ausgehend von dem Kabel 2 an der ersten Anschlussseite B in die Anschlussbaugruppe 5 eintreten, von einer Austrittsrichtung, entlang derer die Lastleitungen 22 an der zweiten Anschlussseite A von der Anschlussbaugruppe 5 austreten und hin zur elektrischen Baugruppe 10 verlegt sind. So sind die Eintrittsrichtung und die Austrittsrichtung schräg zueinander erstreckt, und entsprechend sind die flächigen Anschlussseiten A, B schräg zueinander gerichtet.
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Wie dies aus 11 und 12 in Zusammenschau mit 15 und 16 ersichtlich ist, sind an den Seiten 500, 501 des mittleren Segments 50 Zentrierelemente 509 in Form von Zapfen geformt, die bei Ansetzen der Segmente 50, 51, 52 aneinander mit zugeordneten Zentrieröffnungen 517 an den inneren Seiten 511, 521 der Segmente 51, 52 in Eingriff gelangen und somit eine Zapfenverbindung des mittleren Segments 50 mit den äußeren Segmenten 51, 52 herstellen.
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Über an den Seiten 500, 501, 511, 521 umlaufende Dichtungen können die Segmente 50, 51, 52 zueinander abgedichtet sein.
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Die Segmente 50, 51, 52 sind aus einem gut wärmeleitfähigen Material gefertigt, zum Beispiel einem Metallmaterial, beispielsweise einem Aluminiummaterial.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
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Eine Kabelbaugruppe der beschriebenen Art kann vorteilhafter Weise an einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zum Einsatz kommen. Denkbar ist grundsätzlich aber auch eine andere Anwendung, insbesondere dort, wo große Ströme übertragen werden sollen und daher eine aktive Kühlung an einem Kabel bereitzustellen ist.
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Über eine Anschlussbaugruppe der beschriebenen Art können eine oder mehrere Lastleitungen eines Kabels an eine zugeordnete elektrische Baugruppe angeschlossen werden, wobei über die Anschlussbaugruppe eine Anschlussmöglichkeit für eine oder mehrere Kühlleitungen des Kabels bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 10
- Elektrische Baugruppe
- 11
- Wandungsabschnitt
- 2
- Ladekabel
- 20
- Kabelmantel
- 200,201
- Ende
- 21
- Schirmleiter
- 22
- Lastleitung
- 220
- Leitungsader
- 221
- Ummantelung
- 222
- Kopplungsmedium (Gapfiller)
- 23, 24
- Kühlleitung
- 25
- Füllelement oder Zugentlastungselement
- 26
- Füllelement
- 27
- Signalleitung
- 28
- Schutzleitung (PE-Leitung)
- 3
- Ladestecker
- 30
- Gehäuse
- 300, 301
- Steckabschnitt
- 4
- Fahrzeug
- 40
- Ladebuchse
- 5
- Anschlussbaugruppe
- 50
- Segment
- 500, 501
- Seite
- 502-505
- Aufnahmenut
- 506
- Bundabschnitt
- 507
- Anschluss
- 508
- Anschluss
- 509
- Zentrierelement
- 51,52
- Segment
- 510,520
- Bundabschnitt
- 511, 521
- Seite
- 512,522
- Aufnahmenut
- 513,523
- Aufnahmenut
- 514,524
- Bundabschnitt
- 515,525
- Anschluss
- 516,526
- Anschluss
- 517
- Zentrieröffnungen
- 53, 54
- Anschlussleitung
- 55
- Befestigungselemente
- 56
- Hüllteil (Manschette)
- 560
- Abzweigöffnung
- 57
- Ansetzteil
- 570
- Gewinde
- 58
- Verschraubungsbaugruppe
- 59
- Kühlkanalsystem
- 590
- Schließelement
- 591-600
- Kanalabschnitt
- A, B
- Anschlussseite
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007975 B4 [0006]
- DE 102011100389 A1 [0007]
- DE 102018125835 A1 [0008]
