DE102020133710B3

DE102020133710B3 - Stromdurchleitungsdichtbaugruppe

Info

Publication number: DE102020133710B3
Application number: DE102020133710.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Hanigk
Original assignee: KRATZER AUTOMATION AG
Current assignee: National Instruments Germany GmbH
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-12-17
Also published as: US11735339B2; US20220189663A1

Abstract

Eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) zum Einsetzen in eine Wandöffnung (WO) einer Klimakammer (KK) und zum Abdichten davon weist einen Kunststoffkern (10), der in axialer Richtung von diesem stufenartig gestaltet ist, um in die Wandöffnung (WO) der Klimakammer (KK) eingesetzt zu werden, so dass sich im eingesetzten Zustand im Wesentlichen der ganze Kunststoffkern (10) in der Wandöffnung (WO) befindet und ein Flansch (11) an einem axialen Ende des Kunststoffkerns (10) ausgebildet ist, um in radialer Richtung des Kunststoffkerns (10) über die Wandöffnung hinaus vorzustehen, um an einer (I) von einer Innen- oder Außenwand (I, A) der Klimakammer (KK) anzuliegen, mindestens zwei längliche Stromleitungselemente (20), die parallel zueinander im Inneren des Kunststoffkerns (10) aufgenommen sind und sich durch den Kunststoffkern (10) hindurch erstrecken, und eine Pressringdichtung (30) auf, die zwischen einer Innenumfangsfläche der Wandöffnung (WO) und einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns (10) auf einer entgegengesetzten axialen Seite von diesem hinsichtlich des Flansches (11) des Kunststoffkerns (10) liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe zum Einsetzen in eine Wandöffnung einer Klimakammer und zum Abdichten von dieser.
Stand der Technik
Klimakammern werden üblicherweise verwendet, um unterschiedliche Arten von Produkten in einem Temperaturbereich zu testen, der den Extremwerten des täglichen Gebrauchs der Produkte entspricht. Je nachdem, welche Produkte getestet werden, muss eine Klimakammer über unterschiedliche Versorgungs- und Signalanschlüsse verfügen. Für den Fall, dass beispielsweise Akkumulatoren (Batteriezellen, Batteriemodule, Batteriepacks) in der Klimakammer getestet werden sollen, ist es zudem erforderlich, dass die Akkumulatoren bzw. Sekundärbatterien, die in der Klimakammer getestet werden sollen, an eine Stromversorgung angeschlossen sind. Dies ist notwendig, um zusätzlich zur Temperaturbelastung eine Lade-/Entladebelastung abzubilden.
In Abhängigkeit von einer Größe und Ausführungsart der Akkumulatoren ist eine Stromversorgung im Niederspannungsbereich (bis 1500 V) erforderlich. Dies gilt insbesondere, wenn die Akkumulatoren bzw. Sekundärbatterien zum Einsatz für elektrisch betriebene Fahrzeuge verwendet werden (zum Beispiel BEV, PHEV). Für gewöhnlich ist dazu eine Stromversorgung in die Klimakammer hinein notwendig, die für Spannungen bis 1500 V sowie Stromstärken bis 1000 A ausgelegt ist.
Neben der elektrischen Leistungsfähigkeit solch einer Stromdurchleitung erfordert es eine entsprechende Stromdurchleitungsdichtbaugruppe für eine Klimakammer, dass nicht nur eine elektrische Isolation gewährleistet ist, sondern auch eine notwendige thermische Isolation gewährleistet bleibt, um einen effizienten Betrieb der Klimakammer zu ermöglichen. Um die entsprechenden isolierten Wandlungen der Klimakammer so wenig wie möglich zu beeinträchtigen, ist es wünschenswert, dass eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe so klein wie möglich ausgeführt ist. Da jedoch die elektrischen Leitungen der Baugruppe (Elektroden) an sich bereits mehrere Zentimeter Durchmesser erfordern und die angrenzenden Bauteile der Baugruppe gleichermaßen nennenswerte Abmessungen zum Überschlagschutz aufweisen müssen, besteht bereits an dieser Stelle ein Zielkonflikt, der die Abmessungen (insbesondere der Durchmesser) der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe betrifft.
Neben den vorangehend genannten Problemgebieten besteht darüber hinaus noch eine weitere Anforderung. Solch eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe muss außerdem gewährleisten, dass im Falle einer Havarie die gesamte Klimakammer gasdicht ist, um zu verhindern, dass giftige Gase bzw. Substanzen austreten können.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppen müssen außerdem bestimmte Anforderungen an Kabelführungen sowie Anschlüssen erfüllen. Nachdem in entsprechenden Klimakammertests eine Vielzahl von Akkumulatoren nacheinander zu testen sind und eine große Anzahl von Tests durchgeführt werden muss, da üblicherweise jede Sekundärbatterie bzw. jeder Batteriepack vor einem Einsatz in einem elektrischen Fahrzeug getestet werden muss, ist eine größere Anzahl von Klimakammern notwendig. Um deren Aufstellort in einem Raumbedarf zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass Anschlussleitungen bzw. Anschlusskabel raumsparend vorgesehen sind. Um die Beschickung von jeder Klimakammer mit einem Testobjekt in kürzest möglicher Zeit zu erledigen, ist darüber hinaus ein leicht zu bedienender Anschluss des Testobjekts in bzw. an der Klimakammer wünschenswert.
Im Stand der Technik ist bisher ein Einsatz von Mehrfachdichteinsätzen in geteilter aufklappbarer Ausführung bekannt. Diese geteilten aufklappbaren Mehrfachdichteinsätze erfordern jedoch größte Aufmerksamkeit in der Ausführung bzw. deren Einbau in die Wandöffnung, um eine entsprechende Gasdichtigkeit zu gewährleisten. Dementsprechend gibt es Verbesserungspotenzial hinsichtlich eines Raumbedarfs sowie einer Benutzerfreundlichkeit.
DE 41 10 268 A1 offenbart zur wasserdichten und gasdichten Fixierung von Kabelsätzen in geschlossenen oder auch geteilten Kabelkanälen ein Dichtelement, das im Wesentlichen aus einer integrierten Stützscheibe und einer integrierten Druckscheibe besteht, die beide mit einem dazwischen einrastbaren Haltering ausgestattet sind dem eine Dichtscheibe angeordnet ist, die mit Schwachstellen versehen ist und aus einem geeigneten Elastomer besteht. Das Zusammendrücken der Dichtscheibe mittels eines oder mehrerer Spannelemente in axialer Richtung bewirkt eine radiale Aufweitung der Dichtscheibe, wodurch eine wasserdichte und gasdichte Fixierung zwischen den einzelnen Kabelpaketen und dem umgebenden Kabelkanal erfolgt.
DE 10 2010 016 557 A1 und WO 2011 / 015 555 A1 betreffen ähnliche Durchleitungselemente.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die vorangehend genannten vielschichtigen Probleme, die teilweise Zielkonflikte beherbergen, zu lösen, wird eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß Anspruch 1 zum Einsetzen in eine Wandöffnung einer Klimakammer und zum Abdichten davon vor, wobei die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe einen Kunststoffkern, der in axialer Richtung von diesem stufenartig gestaltet ist, um in die Wandöffnung der Klimakammer eingesetzt zu werden, so dass sich im eingesetzten Zustand im Wesentlichen der ganze Kunststoffkern bis auf einen Flansch in der Wandöffnung befindet und der Flansch an einem axialen Ende des Kunststoffkerns ausgebildet ist, um in radialer Richtung des Kunststoffkerns über die Wandöffnung hinaus vorzustehen, um an einer von einer Innen- oder Außenwand der Klimakammer anzuliegen, mindestens zwei längliche Stromleitungselemente, die parallel zueinander im Inneren des Kunststoffkerns aufgenommen sind und sich durch den Kunststoffkern hindurch erstrecken, und eine Pressringdichtung aufweist, die zwischen einer Innenumfangsfläche der Wandöffnung und einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns auf einer entgegengesetzten axialen Seite von diesem hinsichtlich des Flansches des Kunststoffkerns liegt.
In der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung sind die mindestens zwei länglichen Stromleitungselemente in dem Kunststoffkern aufgenommen. Die mindestens zwei länglichen Stromleitungselemente entsprechen dabei einem positiven Stromleitungselement und einem negativen Stromleitungselement. Die Stromleitungselemente können mit hinreichenden Toleranzen in den Kunststoffkern eingesetzt werden, um so eine entsprechende Dichtigkeit zwischen den Stromleitungselementen und dem Kunststoffkern zu erreichen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es jedoch bei der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Dichtflächenbedarf dadurch maßgeblich zu reduzieren, dass die Pressringdichtung lediglich zwischen einer Innenumfangsfläche der Wandöffnung der Klimakammer und einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns vorgesehen werden muss. Ein Dichtflächenbedarf der Pressringdichtung zu jedem einzelnen der Stromleitungselemente ist nicht erforderlich.
Während im Stand der Technik die Stromleitungselemente (isolierte Kabelstränge) direkt mit einer geteilten und/oder klappbaren Pressringdichtung fixiert und abgedichtet wurden, war eine entsprechende thermische und elektrische Isolierung sowie Gasdichtigkeit nur schwer in Einklang zu bringen. Mit der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine elektrische Isolierung, eine thermische Isolierung sowie eine Gasdichtigkeit gleichermaßen zu erreichen. Dieser Effekt ist darin begründet, dass die Stromleitungselemente direkt in dem Kunststoffkern eingelassen bzw. eingesetzt sind und die Presseringdichtung die Wandöffnung und die Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns abgedichtet. Dadurch kann der Dichtbereich auf ein Mindestmaß reduziert werden.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann die Pressringdichtung auf der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns in axialer Richtung des Kunststoffkerns verschiebbar sein, bevor diese axial zusammengepresst wird, um bündig zu der anderen von der Innen- oder Außenwand der Klimakammer zu sein.
Die Pressringdichtung ist verschiebbar vorgesehen auf der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns. Falls nun die Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns sowie die Innenumfangsfläche der Wandöffnung der Klimakammer konstante Querschnitte haben, d. h. kreisförmig, elliptisch, polygonal oder eine kombinierte Form daraus, ist es möglich, dass die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Wandöffnungen bzw. Klimakammern geeignet ist. Insbesondere kann dadurch eine unterschiedliche Wandungsdicke der Klimakammer egalisiert werden, d.h. ein und dieselbe Stromdurchleitungsdichtbaugruppe passt in unterschiedlich dicke Wandöffnungen.
Die Pressringdichtung wird nun so in der Wandöffnung vorgesehen, dass sie bündig zu der entsprechenden Wandung der Klimakammer ist. Wenn nun in diesem Zustand die Pressringdichtung axial zusammengepresst wird, um ihre Dichtwirkung zu entfalten, werden dadurch Kräfte radial einwärts und radial auswärts hinsichtlich einer Achse des jeweiligen Kunststoffkerns ausgeübt. Der Kunststoffkern an sich sollte weitestgehend auf einem hohen Niveau homogen in seiner Kraftaufnahmefähigkeit sein. Die Wandöffnung der Klimakammer ist dies allerdings üblicherweise nicht im gleichen hohen Maße. Ein axial innerer Abschnitt der Wandöffnung ist für gewöhnlich deutlich nachgiebiger in einer Kraftaufnahmekapazität als die axialen Randbereiche der Wandöffnung, die in der Nähe der Klimakammerinnen- und -außenwände sind. Eine Kraftaufbringung in der Nähe einer Wandscheibenebene wird also wesentlich weniger Deformationen mit sich bringen. Aus diesem Grund ist eine bündig zur Innen- bzw. Außenwand der Klimakammer angebrachte Pressringdichtung hinsichtlich ihrer Dichtigkeit überlegen.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann zwischen der Pressringdichtung und dem Flansch des Kunststoffkerns in axialer Richtung und zwischen der Innenumfangsfläche der Wandöffnung und der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns in radialer Richtung ein ringförmiger Temperaturisolationsspalt gebildet sein.
Wenn der Kunststoffkern auf der einen Seite einen Flansch hat, der an der einen Wand von der Innenwand und der Außenwand der Klimakammer anliegt, und die Pressringdichtung auf der entgegengesetzten Seite hinsichtlich einer Wanddicke der Klimakammer vorgesehen ist, entsteht zwischen der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns und der Innenumfangsfläche der Wandöffnung ein ringförmiger Temperaturisolationsspalt. Abhängig davon, welche Querschnitte die Wandöffnung und der Kunststoffkern haben, entsteht ein zylindrischer Temperaturisolationsspalt. Dieser Temperaturisolationsspalt ermöglicht es, einen Wärmedurchgang durch die Wand zu verringern. Eine thermische Effizienz ist dadurch verbessert.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann jedes längliche Stromleitungselement auf der Seite des Kunststoffkerns, auf der sich die Pressringdichtung befindet, mindestens einen radialen Vorsprung haben, der in einer entsprechenden Vertiefung auf einer zugehörigen Stirnfläche des Kunststoffkerns liegt.
Jedes längliche Stromleitungselement, das sich durch den Kunststoffkern hindurch erstreckt, kann mindestens einen radialen Vorsprung haben, der in einer entsprechenden Vertiefung auf der zugehörigen Stirnfläche des Kunststoffkerns liegt. Dadurch wird erreicht, dass jedes längliche Stromleitungselement sowohl eine axiale Zugkraft durch den Kunststoffkern hindurch sowie eine Drehkraft um die Stromleitungselementachse herum aufnehmen kann. Dies erzeugt einen vorteilhaften Effekt insbesondere bezüglich der Gebrauchsfähigkeit der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe. Insbesondere hängt bei dieser Konstruktion die Einsetzfestigkeit des Stromleitungselements nicht von einer Dichtfläche (Pressfläche) einer klappbaren Presseringdichtung ab, sondern wird durch einen Formschluss erzeugt, der es zulässt, dass deutlich größere Axialkräfte und Rotationskräfte aufgenommen werden können.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann eine Kunststoffplatte derart an der Stirnfläche des Kunststoffkerns befestigt sein, dass die radialen Vorsprünge der Stromleitungselemente axial und/oder radial fixiert sind.
Falls die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe nun längliche Stromleitungselemente aufweist, die radiale Vorsprünge haben, welche in entsprechenden Vertiefungen auf der zugehörigen Stirnfläche des Kunststoffkerns liegen, kann zusätzlich eine Kunststoffplatte vorgesehen werden. Die Kunststoffplatte wird derart an der Stirnfläche des Kunststoffkerns befestigt, dass sie die radialen Vorsprünge der Stromleitungselemente zwischen sich und den Kunststoffkern nimmt, so dass nicht lediglich axiale Kräfte in Richtung zu der Vertiefung des Kunststoffkerns hin aufgenommen werden können, sondern darüber hinaus auch axiale Kräfte in Richtung zu der Kunststoffplatte hin aufgenommen werden können. Mit anderen Worten kann jedes Stromleitungselement somit Druckkräfte und Zugkräfte in axialer Richtung aufnehmen.
Um einen entsprechenden Anschluss der Stromleitungselemente mit entsprechenden Anschlusskabeln zu ermöglichen, ist es möglich, dass sich jedes längliche Stromleitungselement durch die Kunststoffplatte hindurch nach außen erstreckt.
Neben dieser Möglichkeit ist es allerdings alternativ auch möglich, dass sich die länglichen Stromleitungselemente nicht durch die Kunststoffplatte hindurch nach außen erstrecken, sondern die Kunststoffplatte lediglich entsprechende Öffnungen vorsieht, um die darunterliegenden länglichen Stromleitungselemente mit den Anschlusskabeln bzw. Ösen bzw. Klemmen zu erreichen. In solch einem Fall kann beispielsweise eine Kabelanschlussöse eines Anschlusskabels in die entsprechenden Öffnungen in der Kunststoffplatte eingesetzt werden, um zwischen der Kunststoffplatte und dem Kunststoffkern das zugehörige Stromleitungselemente zu berühren.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann die Kunststoffplatte einen Durchmesser haben, der größer ist als jener der Pressringdichtung.
Wenn die Kunststoffplatte einen Durchmesser hat, der größer ist als jener der Pressringdichtung, dann überdeckt die Kunststoffplatte die Wandöffnung. Wenn die Kunststoffplatte die Wandöffnung überdeckt, ist es möglich, durch ein Anziehen von Verbindungsschrauben, die die Kunststoffplatte an den Kunststoffkern anzieht, dass der Kunststoffkern auf der Seite des Flansches in einen noch engeren Kontakt mit der entgegengesetzten Wandfläche gebracht wird. Durch das Anziehen der Kunststoffplatte an den Kunststoffkern wird auf beiden Seiten der Wandöffnung ein Flächendruck auf die Innenwand und Außenwand der Klimakammer erhöht und dadurch wird eine thermische Isolierung sowie eine Gasdichtigkeit weiter verbessert.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann jedes längliche Stromleitungselement auf der Seite des Kunststoffkerns, auf der sich der Flansch befindet, steckbar oder schraubbar für die interne Stromweiterleitung in der Klimakammer ausgeführt sein. Die Kabelanbindung kann einen oder mehrere Radialvorsprünge mit jeweils individueller Geometrie aufweisen, um eine eindeutige Zuordnung der steckbaren Kabelanbindung zu verwirklichen.
Die Radialvorsprünge mit jeweils individueller Geometrie können gewährleisten, dass entsprechende Leitungskabel bzw. Kabelbuchsen richtig mit den entsprechenden Stromleitungselementen verbunden werden. Richtiges Verbinden beinhaltet zum einen, dass die Kabel mit den entsprechenden Stromleitungselementen der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß ihrer Polarität verbunden werden. Außerdem kann dadurch gewährleistet werden, dass ein ausreichender Formschluss bzw. Kontakt zwischen entsprechenden Anschlussbuchsen von Anschlusskabeln mit den Stromleitungselementen gewährleistet wird. Diese radialen Vorsprünge können Teil eines Bajonettverschlusses sein.
Für einen Bajonettverschluss ist es auch denkbar, dass nicht die Stromleitungselemente mit Radialvorsprüngen mit jeweils individueller Geometrie versehen sind, sondern die entsprechenden Anschlusskabelbuchsen, die zwischen die Stromleitungselemente und den Kunststoffkern eingesetzt werden, um einen flächigen Kontakt mit zumindest den Stromleitungselementen herzustellen. Je nachdem, ob die Anschlusskabelbuchsen auf deren Innenumfangsseite oder Außenumfangsseite die Radialvorsprünge (Bajonettverschluss) haben, haben entsprechend die Stromleitungselemente (auf der Innenumfangsseite der Anschlusskabelbuchsen) oder der Kunststoffkern (auf der Außenumfangsseite der Anschlusskabelbuchsen) passende Nuten, um die Radialvorsprünge aufzunehmen.
Wenn die axialen Enden der Stromleitungselemente jeweils unterhalb der Oberflächen der Stirnflächen des Kunststoffkerns bzw. der Kunststoffplatte bleiben, kann die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kompakter gestaltet werden.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann die Pressringdichtung über ihren Umfang hinweg eine konstante radiale Abmessung haben.
Durch die konstante radiale Abmessung der Pressringdichtung werden konstante bzw. gleichmäßige Dichtkräfte erzeugt. Gleichmäßige Dichtkräfte sorgen dafür, dass großflächig ein hoher Anpressdruck nahe einem Limit der Struktur der Wandöffnung bzw. des Wandöffnungsmaterials aufgebracht werden kann, ohne dieses Limit zu überschreiten. Dadurch wird eine bessere Gasdichtigkeit sowie eine bessere Fixierung der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe innerhalb der Wandöffnung erreicht.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann die Pressringdichtung zwei starre Ringelemente aufweisen, zwischen denen sich in axialer Richtung des Kunststoffkerns ein elastisches Dichtungsmaterial befindet, das sich bei einem Zusammenziehen der Ringelemente in radialer Richtung einwärts und auswärts deformiert.
Die Pressringdichtung mit zwei starren Ringelementen, zwischen denen sich ein elastisches Dichtungsmaterial befindet, ist eine Ringraumdichtung in geschlossener Ausführung. Auch hier gilt, dass die geschlossene Ausführung dafür sorgt, dass die Dichtkraftaufbringung sehr einheitlich und homogen ausfällt. Dadurch können insgesamt höhere Dichtkräfte erreicht werden.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann das elastisches Dichtungsmaterial in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei ausgebildet sein.
Indem das elastische Dichtungsmaterial in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei ist, werden die abzudichtenden Flächen auf ein absolutes Minimum reduziert. Im Vergleich zu klappbaren Dichtungen entfallen bei unterbrechungsfreien, geschlossenen Dichtungen jene zusätzlichen Dichtflächen innerhalb der Dichtung, an denen im zusammengeklappten Zustand einzelne Dichtungsteile aneinanderstoßen.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe können die Stromleitungselemente in Durchgangslöchern, die in dem Kunststoffkern ausgebildet sind, angeordnet sein und können in den Durchgangslöchern Anschläge vorgesehen sein, die radial einwärts von den Umfangswänden der Durchgangslöcher vorstehen, an denen die Stromleitungselemente in axialer Richtung anliegen.
Die Stromleitungselemente sind in den Durchgangslöchern in dem Kunststoffkern ausgebildet und es gibt in diesen Durchgangslöchern Anschläge, die radial einwärts von den Innenumfängen der Durchgangslöcher vorstehen. Diese Vorsprünge können lediglich einen Teil des Innenumfangs umfassen oder auch den gesamten Innenumfang. Sollten die Vorsprünge nur einen Teil des Umfangs umfassen, können sie entsprechende Axialkräfte, die an die Stromleitungselemente angelegt werden, aufnehmen, während sie lediglich einen kleinen Teil des Querschnitts des Stromleitungselements reduzieren. Für den Fall, dass die radialen Vorsprünge den ganzen Umfang umfassen, wird zwar ein Leitungsquerschnitt des jeweiligen Stromleitungselements in größerem Maße reduziert, jedoch ist es so möglich, auf die entsprechenden Kontaktflächen zwischen dem radialen Vorsprung (radialer Umlaufkragen) und den entsprechenden Stellflächen der Stromleitungselemente ein zusätzliches Dichtmaterial aufzubringen. Dadurch kann die Gasdichtigkeit der gesamten Stromdurchleitungsdichtbaugruppe erhöht werden.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann der Kunststoffkern auf der Seite der Pressringdichtung mit einer Abdeckung versehen sein, die oberhalb von den nach außen hin vorragenden axialen Enden der Stromleitungselemente mit einem Ventilator versehen ist.
Auf einer Außenseite der Klimakammer kann eine Abdeckung für die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe bzw. den Kunststoffkern vorgesehen sein. Diese Abdeckung kann mit einer Lüftungseinheit bzw. einem Ventilator versehen sein. Innerhalb der Klimakammer wird üblicherweise eine Temperaturdifferenz von -40° bis 180° zu Testzwecken abgebildet. Für den Fall, dass die Klimakammer im Inneren eine untere Schwelle von etwa -40° aufweist und die Klimakammer in einer Umgebungstemperatur von etwa 20° aufgestellt ist, führt eine Temperaturdifferenz von etwa 60° dazu, dass die nach außen hin offenliegenden metallischen Teile Kondenswasser ansetzen, da die Stromleitungselemente als Wärmebrücke dienen. Um dieses unerwünschte Kondenswasser zu entfernen, wird unter der Abdeckung ein Luftstrom erzeugt, der das Kondenswasser entfernen kann. Außerdem kann bei positivem Temperaturbetrieb der Klimakammer eine zu hohe Erwärmung der Anschlussleitungen durch den Luftstrom vermieden oder gesenkt werden.
In der vorangehenden Stromdurchleitungsdichtbaugruppe kann die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe geeignet sein für die Durchleitung vom Strömen bis zu 1000 A Stromstärke und bis zu 1500 V Stromspannung.
Die vorangehend erläuterte Stromdurchleitungsdichtbaugruppe ist geeignet zur Durchleitung von Strömen bis zu 1000 A und bis zu 1500 V (Niederspannungsgrenze). Insbesondere ist die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe geeignet zur Durchleitung von Strömen von 50 A bis 1000 A Stromstärke und/oder 3V bis 1500V Stromspannung. Um diese hohen Ströme durchleiten zu können, ist es zumindest für die Stromleitungselemente der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe erforderlich, dass sie einen ausreichend großen Querschnitt haben. Dazu ist ein Durchmesser der Stromleitungselemente von 12mm bis 50mm erforderlich.
Bei dem Material des Kunststoffkerns und/oder der Kunststoffplatte kann es sich um Polyethylen PE oder Polypropylen PP oder Polyamid PA handeln, das heißt ein Hochtemperatur-Kunststoff mit Dauergebrauchstemperaturen über 140°C.
Figurenliste

1 zeigt eine Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der Erfindung im Querschnitt.
2 zeigt eine Frontalansicht des Kunststoffkerns und der Pressringdichtung pressringdichtungsseitig ohne Deckel.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In 1 ist eine Schnittansicht der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Klimakammer KK hat eine isolierende Wandung, in der eine Wandöffnung WO vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall ist diese Wandöffnung kreiszylindrisch. Eine kreiszylindrische Wandöffnung und die damit verbundene kreisförmige Querschnittsform der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe ermöglicht eine optimale Vorsehung einer Dichtwirkung.
Ein Kunststoffkern 10 ist stufenartig vorgesehen, so dass ein Flansch 11 auf der Innenseite der Klimakammer KK derart vorgesehen sein kann, dass er über die Wandöffnung hinaussteht. Das heißt, der Flansch 11 hat einen größeren Außendurchmesser als jener der Wandöffnung. Dadurch kann eine bessere Dichtigkeit an der axialen Kontaktfläche des Flansches 11 mit der Innenwandfläche gewährleistet werden. Die danach folgende Stufe des Querschnitts des Kunststoffkerns ist dazu gedacht, um eine entsprechend passgenaue Einsetzung in die Wandöffnung zu gewährleisten. Relativ kurz hinter der inneren Wandfläche der Klimakammer findet von dieser Stufe aus eine weitere Querschnittsreduzierung statt. Diese Querschnittsreduzierung erzeugt einen Spalt, der ausreichend groß ist, um eine Pressringdichtung 30 einzusetzen. Demzufolge hat der Kunststoffkern 10 der vorliegenden Ausführungsform drei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern.
Die Pressringdichtung 30 ist in dieser Ausführungsform dargestellt, um nicht bündig mit der Außenwandfläche der Klimakammer zu sein. Wie anhand des konstanten Innendurchmessers der Wandöffnung WO als auch des konstanten Querschnittsabschnitts des Kunststoffkerns 10 zu sehen ist, ist die Pressringdichtung in dem dafür vorgesehenen Spalt zwischen der Wandöffnung WO und dem Kunststoffkern 10 axial verschiebbar. Das heißt, der hier abgebildete Kunststoffkern bzw. die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe ist ebenfalls geeignet, in Klimakammern mit unterschiedlichen Wandungen eingesetzt zu werden.
Die Pressringdichtung 30 wird durch ein Zusammendrücken des elastischen Dichtungsmaterials 32 über die zwei starren Ringelemente 31 aktiviert, um so zwei Dichtflächen auszubilden. Eine erste Dichtfläche befindet sich zwischen der Pressringdichtung 30 und der Wandöffnung WO und eine zweite Dichtfläche befindet sich zwischen der Pressringdichtung 30 und der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns 10.
Da in dem vorliegenden Fall eine ringförmige kreiszylindrische Pressringdichtung 30 verwendet wird, die eine konstante Radialabmessung hat, wird hier eine optimale Dichtwirkung erreicht.
Längliche Stromleitungselemente 20 sind von der Außenseite der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe aus in den Kunststoffkern 10 eingesetzt. Die Stromleitungselemente haben unterschiedliche Querschnitte und in der vorliegenden Ausführungsform liegt die entsprechend dazwischenliegende Stufenfläche an einem Anschlag 16 an, der in dem Kunststoffkern 10 ausgebildet ist. An dieser Stelle kann erreicht werden, dass an der umlaufenden durchgehenden Stufenfläche eine entsprechende Presswirkung zwischen dem Stromleitungselement 20 und dem Kunststoffkern 10 in axialer Richtung erzeugt wird, um eine Dichtwirkung zwischen dem Stromleitungselement 20 und dem Kunststoffkern 10 weiter zu erhöhen. Dies kann vorteilhaft sein für den Fall, dass eine entsprechende Passung des Stromleitungselements 20 in dem Kunststoffkern 10 einer erhöhten Toleranz unterliegt, die aufgrund des großen Temperaturbereichs erzeugt wird. Diese erhöhte Temperaturdifferenz kann dadurch entstehen, dass sehr hohe Ströme durch das Stromleitungselement hindurch geleitet werden. Dieser stufenförmige Querschnitt des Stromleitungselements sowie ein zugehöriger Anschlag 16 bzw. Kragen ist nicht zwingend erforderlich.
Darüber hinaus ist die vorliegende Ausführungsform derart ausgestaltet, dass jedes Stromleitungselement 20 zwei radiale Vorsprünge 21 aufweist. Diese radialen Vorsprünge sind dazu gedacht, in entsprechende Vertiefungen 12 in dem Kunststoffkern 10 formschlüssig zu liegen. Dadurch wird erreicht, dass entsprechende Zugkräfte auf die Stromleitungselemente 20 in Richtung zu einem Inneren I der Klimakammer KK hin aufgenommen werden können. Außerdem können durch die entsprechenden radialen Vorsprünge 21 und die dazugehörigen Vertiefungen 12 auch Drehkräfte aufgenommen werden, die durch eine Betätigung (z.B. Anschluss von Anschlusskabeln) auf jedes Stromleitungselement 20 aufgebracht werden. Auch wenn dafür ein radialer Vorsprung 21 pro Stromleitungselement ausreicht, ist aus Gründen einer symmetrischen Kraftverteilung das Vorsehen von zwei radialen Vorsprüngen 21 und zwei zugehörigen Vertiefungen 12 wünschenswert.
Hinsichtlich Axialkräfte, sind die radialen Vorsprünge 21 der Stromleitungselemente in Verbindung mit den Vertiefungen 12 des Kunststoffkerns lediglich dazu in der Lage, Axialkräfte der Stromleitungselemente in Richtung auf den Kunststoffkern hin aufzunehmen (durch den Formschluss auch Drehkräfte). Um darüber hinaus Axialkräfte der Stromleitungselemente von dem Kunststoffkern 10 weg aufzunehmen, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Kunststoffplatte 14 vorgesehen, die ein Entfernen der Stromleitungselemente 20 aus dem Kunststoffkern 10 heraus verhindert. Die Kunststoffplatte 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform ohne entsprechende Vertiefungen dargestellt. Auch die Kunststoffplatte 14 kann entsprechende Vertiefungen für die radialen Vorsprünge 21 aufweisen (nicht dargestellt). Die Kunststoffplatte 14 wird mittels Schrauben 17 an dem Kunststoffkern 10 fixiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kunststoffplatte 14 nicht in direktem Kontakt mit dem Kunststoffkern 10, sondern lediglich mit den radialen Vorsprüngen 21 der Stromleitungselemente 20. Dadurch wird erreicht, dass die gesamte Schraubkraft, die auf die Kunststoffplatte 14 ausgeübt wird, an die radialen Vorsprünge 21 übertragen wird. Dieses Maximieren des Krafteintrags auf die radialen Vorsprünge 21 der Stromleitungselemente 20 ist dann besonders vorteilhaft, wenn beispielsweise von der Innenseite der Klimakammer entsprechende Kabelbuchsen 51 in engen Kontakt mit dem reduzierten Durchmesserbereich 24 der Stromleitungselemente 20 gebracht werden sollen.
Wenn die Anschlussleitungen 50 mit den Anschlussbuchsen 51 an die Stromleitungselemente 20 angeschlossen werden sollen, hat in der vorliegenden Ausführungsform jede Anschlussbuchse 51 einen oder mehrere Radialvorsprünge 22, 23 mit jeweils individueller Geometrie. Die radialen Vorsprünge 22, 23 können auch an den Stromleitungselementen 20 vorgesehen sein. Insgesamt soll dadurch ein unverwechselbarer Bajonettverschluss für jedes Stromleitungselement 20 realisiert werden. Dadurch wird erreicht, dass das richtige Anschlusskabel an dem entsprechenden Pol angeschlossen wird und ein zuverlässiger und immer gleichbleibender Kontakt hergestellt wird.
Auf der entgegengesetzten Seite, d. h. der Außenseite der Klimakammer, steht das entsprechende Ende der Stromleitungselemente 20 stumpf über die Kunststoffplatte 14 über. In dem Stromleitungselement 20 ist an diesem Ende ein Schraubloch vorgesehen. Das Schraubloch (kein entsprechendes Bezugszeichen) nimmt eine entsprechende Schraube auf, die eine Anschlussöse eines Anschlusskabels 60 an das Stromleitungselement 20 anschließt. Die Öse des Anschlusskabels 60 ermöglicht es, dass das Anschlusskabel 60 mit einem nennenswerten Durchmesser gerade und vertikal entlang der Außenwand der Klimakammer KK in Richtung zum Boden hin gelenkt werden kann. Dadurch wird eine platzsparende Anordnung realisiert, die mit entsprechenden Kabeldurchführungen nicht möglich wäre, da die Biegeradien von entsprechend dicken Anschlusskabeln relativ groß sind.
Die Gesamtkombination von Anschlusskabeln 50, 60 sowie dem dazwischenliegenden Stromleitungselement 20 bildet eine Wärme-/Kältebrücke zwischen der Innenseite I und der Außenseite A der Klimakammer KK. Wenn nun an der Innenseite I der Klimakammer KK eine vergleichsweise niedrige Temperatur vorherrscht, ist das Temperaturgefälle zu der Umgebungstemperatur außerhalb der Klimakammer KK vergleichsweise groß. Dadurch bildet sich Kondenswasser an dem metallischen Abschnitt, der zu der Außenseite A der Klimakammer KK hin freiliegt, d. h. dem stumpfen Ende der Stromleitungselemente 20, der Schraube sowie der Anschlussöse des Anschlusskabels 60. Um nun dieses Kondenswasser zu vermeiden bzw. zu entfernen, ist eine entsprechende Abdeckung 40 um die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe herum vorgesehen, die eine Lüftereinheit 41 bestehend aus einem Elektromotor und einem Ventilator an einem oberen Ende der Abdeckung 40 vorsieht. Die Lüftereinheit (Ventilator) 41 erzeugt einen Luftstrom von oben nach unten durch den umschlossenen Raum der Abdeckung hindurch, der die entsprechende Feuchtigkeit (Kondenswasser) aufnimmt und nach unten hin abtransportiert. Dadurch können verschiedenartigste Probleme im Zusammenhang mit Kondenswasser vermieden werden. Darüber hinaus kann bei einem positiven Temperaturbetrieb der Klimakammer einer zu hohen Erwärmung der Anschlussleitungen mittels dem Luftstrom entgegengewirkt werden.
Hinsichtlich der Innenseite I und der Außenseite A der Klimakammer KK, wie sie in 1 dargestellt sind, soll vermerkt sein, dass diese auch umgekehrt sein können bei gleichbleibender Ausführung der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe.
In diesem Falle würde die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe nicht von innen nach außen eingesetzt, sondern von außen nach innen.
2 zeigt lediglich den Kunststoffkern 10 und die zugehörige Presseringdichtung 30. Die Pressringdichtung 30 hat mehrere Schrauben, die dazu verwendet werden, die starren Ringelemente 31 einander anzunähern und so das dazwischenliegende elastische Dichtungsmaterial 32 zu quetschen. Die radiale Ausdehnung des elastischen Dichtmaterials 32 führt dazu, dass die entsprechenden minimalen Abstände zwischen der Pressringdichtung und dem Kunststoffkern 10 sowie zwischen der Pressringdichtung 30 und der Innenumfangsfläche der Wandöffnung WO reduziert werden und derart in Kontakt gelangen, dass eine entsprechend notwendige Dichtwirkung erreicht wird.
Außerdem ist in 2 zu sehen, dass Durchgangslöcher 15 für drei Stromleitungselemente 20 vorgesehen sind. Jedes Durchgangsloch ist mit zwei Vertiefungen 12 versehen, die beliebig geformt sein können, hier sich einander gegenüberliegen. Während die Axialkraftaufnahme auch mit einer Vertiefung 12 pro Stromleitungselement 20 möglich ist, ermöglicht eine Anzahl von zwei oder mehr Vertiefungen 12 pro Stromleitungselement 20 eine gleichmäßigere und symmetrischere Verteilung. Außerdem können bei mehreren Vertiefungen 12 pro Stromleitungselement 20 deren Längserstreckungen bzw. Radialerstreckungen reduziert werden. Dadurch ist eine noch kompaktere Gestaltung des Kunststoffkerns und somit der Stromdurchleitungsdichtbaugruppe möglich.
Zwischen den entsprechenden Durchgangslöchern 15 befinden sich weitere Schraublöcher 18, die zum Fixieren der Kunststoffplatte 14 verwendet werden.
Während in den beiden unteren und auch größeren Durchgangslöchern 15 jeweils ein in Umlaufrichtung vollständiger Anschlag 16 dargestellt ist, kommt in der vorliegenden Ausführungsform das obere Durchgangsloch 15 ohne solch einen Anschlag 16 aus. Wie bereits vorangehend beschrieben ist, können jedoch auch alle Durchgangslöcher 15 mit Anschlägen oder ohne Anschläge versehen sein, je nach Anforderung an Dichtigkeit und Gebrauchsfähigkeit.

Claims

Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) zum Einsetzen in eine Wandöffnung (WO) einer Klimakammer (KK) und zum Abdichten davon, wobei die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) folgendes aufweist: einen Kunststoffkern (10), der in axialer Richtung von diesem stufenartig gestaltet ist, um in die Wandöffnung (WO) der Klimakammer (KK) eingesetzt zu werden, so dass sich im eingesetzten Zustand im Wesentlichen der ganze Kunststoffkern (10) bis auf einen Flansch (11) in der Wandöffnung (WO) befindet und der Flansch (11) an einem axialen Ende des Kunststoffkerns (10) ausgebildet ist, um in radialer Richtung des Kunststoffkerns (10) über die Wandöffnung hinaus vorzustehen, um an einer (I) von einer Innen- oder Außenwand (I, A) der Klimakammer (KK) anzuliegen, mindestens zwei längliche Stromleitungselemente (20), die parallel zueinander im Inneren des Kunststoffkerns (10) aufgenommen sind und sich durch den Kunststoffkern (10) hindurch erstrecken, und eine Pressringdichtung (30), die zwischen einer Innenumfangsfläche der Wandöffnung (WO) und einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns (10) auf einer entgegengesetzten axialen Seite von diesem hinsichtlich des Flansches (11) des Kunststoffkerns (10) liegt.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 1, wobei die Pressringdichtung (30) auf der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns (10) in axialer Richtung des Kunststoffkerns (10) verschiebbar ist, bevor diese axial zusammengepresst ist, um bündig zu der anderen (A) von der Innen- oder Außenwand (I, A) der Klimakammer (KK) zu sein.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen der Pressringdichtung (30) und dem Flansch (11) des Kunststoffkerns (10) in axialer Richtung und zwischen der Innenumfangsfläche der Wandöffnung (WO) und der Außenumfangsfläche des Kunststoffkerns (10) in radialer Richtung ein ringförmiger Temperaturisolationsspalt (Sp) gebildet wird.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes längliche Stromleitungselement (20) auf der Seite des Kunststoffkerns (10), auf der sich die Pressringdichtung (30) befindet, mindestens einen radialen Vorsprung (21) hat, der in einer entsprechenden Vertiefung (12) auf einer zugehörigen Stirnfläche (13) des Kunststoffkerns (10) liegt.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 4, wobei eine Kunststoffplatte (14) derart an der Stirnfläche (13) des Kunststoffkerns (10) befestigt ist, dass die radialen Vorsprünge (21) der Stromleitungselemente (20) axial und/oder radial fixiert sind.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 5, wobei jedes längliche Stromleitungselement (20) durch die Kunststoffplatte (14) hindurch nach außen hin vorragt.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 5, wobei Jedes entsprechende axiale Ende des länglichen Stromleitungselements (20) zwischen dem Kunststoffkern (10) und der Kunststoffplatte (14) liegt.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem von Ansprüchen 5 bis 7, wobei die Kunststoffplatte (14) einen Durchmesser hat, der größer ist als jener der Pressringdichtung (30).
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes längliche Stromleitungselement (20) auf der Seite des Kunststoffkerns (10), auf der sich der Flansch (11) befindet, einen oder mehrere Radialvorsprünge (22) mit jeweils individueller Geometrie aufweist.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Pressringdichtung (30) über ihren Umfang hinweg eine konstante radiale Abmessung hat.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Pressringdichtung (30) zwei starre Ringelemente (31) aufweist, zwischen denen sich in axialer Richtung des Kunststoffkerns (10) ein elastisches Dichtungsmaterial (32) befindet, das sich bei einem Zusammenziehen der Ringelemente (31) in radialer Richtung einwärts und auswärts deformiert.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach Anspruch 11, wobei das elastisches Dichtungsmaterial (32) in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei ausgebildet ist.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Stromleitungselemente (20) in Durchgangslöchern (15), die in dem Kunststoffkern (10) ausgebildet sind, angeordnet sind, und in den Durchgangslöchern (15) Anschläge (16) vorgesehen sind, die radial einwärts von den Umfangswänden der Durchgangslöcher (15) vorstehen, an denen die Stromleitungselemente (20) in axialer Richtung anliegen.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Kunststoffkern (10) auf der Seite der Pressringdichtung (30) mit einer Abdeckung (40) versehen ist, die oberhalb von den nach außen hin vorragenden axialen Enden der Stromleitungselemente (20) mit einem Ventilator (41) versehen ist.
Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Stromdurchleitungsdichtbaugruppe (1) geeignet ist für die Durchleitung vom Strömen bis zu 1000 A Stromstärke und bis zu 1500 V Stromspannung.