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Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil für ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs.
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Ein derartiges Steckverbinderteil umfasst einen Steckabschnitt zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil, zumindest einen an dem Steckabschnitt angeordneten Steckkontakt zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils und ein Anschlusselement zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung an den zumindest einen Steckkontakt.
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Ein solches Steckverbinderteil kann insbesondere als Ladebuchse ausgebildet und an einem Elektrofahrzeug angeordnet sein. Mit einer solchen Ladebuchse kann ein Gegensteckverbinderteil in Form eines an einem Ladekabel angeordneten Ladesteckers verbunden werden, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen einer Ladestation und dem Elektrofahrzeug herzustellen und das Elektrofahrzeug elektrisch aufzuladen.
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Im Bereich der Elektromobilität ist wünschenswert, Elektrofahrzeuge schnell und effizient aufzuladen, um Ladezeiten und damit verbundene Fahrtunterbrechungszeiten zu reduzieren. Um im Rahmen eines Schnellladevorgangs ein schnelles Aufladen eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen, werden hohe Ladeleistungen verwendet, verbunden mit großen Ladeströmen, zum Beispiel mit einer Stromstärke von 700 A oder gar darüber.
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Die Anordnung und Dimensionierung von elektrischen Kontaktelementen an Steckverbinderteilen zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs ist üblicherweise normativ vorgeschrieben. Kontaktgeometrien können daher an solchen Steckverbinderteilen nicht ohne weiteres skaliert werden, um möglicherweise eine größere Stromtragfähigkeit an den Kontaktelementen zu erreichen. Eine Herausforderung besteht daher darin, mit bestehenden Kontaktgeometrien eine größtmögliche Leistungsübertragung zu ermöglichen.
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Bei der Übertragung von großen Ladeströmen kommt es zu einer Erwärmung an den Kontaktelementen und anderen Bauteilen des Steckverbinderteils. Vorgeschrieben ist hierbei, dass eine Erwärmung an einem Steckverbinderteil 50 K nicht überschreiten darf. Werden große Ladeströme verwendet, ist daher dafür Sorge zu tragen, dass es nicht zu einer übermäßigen Erwärmung an dem Steckverbinderteil kommt.
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Bei einem Steckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug kommt es üblicherweise nur intermittierend, d. h. während eines Ladevorgangs zum Aufladen des Elektrofahrzeugs, nicht aber in einem längeren Zeitraum davor und danach, zu einer Erwärmung aufgrund einer Stromübertragung. Nach einem Ladevorgang steht üblicherweise eine vergleichsweise lange Zeit ohne Stromübertragung zur Verfügung, in der sich das Steckverbinderteil wieder abkühlen kann.
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Dies steht im Gegensatz zu einem Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers an einer Ladeeinrichtung, die gegebenenfalls im Dauerbetrieb für eine Vielzahl von aneinander anschließenden Ladevorgängen zum Aufladen einer Vielzahl von Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt.
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Ein Schnellladevorgang kann sich beispielsweise über eine Dauer zwischen 10 Minuten und 30 Minuten erstrecken. Auf Seiten eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug ist sicherzustellen, dass innerhalb dieser Ladedauer eine Erwärmung an dem Steckverbinderteil nicht eine maximal zulässige Temperaturerhöhung überschreitet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Steckverbinderteil thermisch träge ausgebildet wird, sodass ein Temperaturanstieg an dem Steckverbinderteil verzögert und somit eine normativ erlaubte Grenztemperatur während der Dauer des Ladevorgangs nicht erreicht wird.
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Die thermische Trägheit kann zum Beispiel durch das Bereitstellen von zusätzlichen Wärmekapazitäten an dem Steckverbinderteil vergrößert werden. Aus der
DE 10 2016 105 308 A1 ist zu diesem Zweck bekannt, an Kontaktelementen eines Steckverbinderteils Wärmekapazitätselemente vorzusehen, die beispielsweise ein Phasenwechselmaterial aufweisen können und somit bei einem Ladevorgang in effizienter Weise eine vergleichsweise große Wärmemenge aufnehmen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbinderteil zur Verfügung zu stellen, das in kostengünstiger und gewichtssparender Weise eine hohe Wärmekapazität an einem Steckverbinderteil zum verzögerten Erwärmen bei einem Ladevorgang bereitstellen kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach weist das Steckverbinderteil einen Kontaktkörper auf, mit dem der zumindest eine Steckkontakt und das Anschlusselement verbunden sind und der ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Anschlusselement und dem zumindest einen Steckkontakt zu übertragen, wobei der Kontaktkörper einen Kern aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material und eine den Kern zumindest abschnittsweise überdeckende Hüllschicht aus einem von dem ersten elektrisch leitfähigen Material unterschiedlichen, zweiten elektrisch leitfähigen Material aufweist.
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Das Steckverbinderteil weist ein oder mehrere Steckkontakte auf, die beim Anstecken des Steckverbinderteils an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil steckend mit einem jeweils zugeordneten Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils in Eingriff gelangen und somit eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil herstellen. Die Steckkontakte können beispielsweise jeweils zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms ausgebildet sein, wobei jeder Steckkontakt elektrisch mit einem Anschlusselement verbunden ist, an das in betriebsgemäßem Zustand des Steckverbinderteils eine Lastleitung zum Übertragen des Ladestroms angeschlossen ist.
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Zwischen dem Anschlusselement und dem Steckkontakt ist hierbei ein Kontaktkörper angeordnet, der zum Übertragen eines Stroms zwischen dem Anschlusselement und dem Steckkontakt dient. Der Kontaktkörper ist zum einen elektrisch leitfähig und überträgt somit den Ladestrom. Zum zweiten weist der Kontaktkörper eine Wärmekapazität auf, sodass Wärme an dem Kontaktkörper aufgenommen und gespeichert werden kann.
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Hierzu weist der Kontaktkörper einen Kern aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material und eine den Kern zumindest abschnittsweise überdeckende Hüllschicht aus einem von dem ersten elektrisch leitfähigen Material unterschiedlichen, zweiten elektrisch leitfähigen Material auf. Dadurch, dass der Kontaktkörper aus unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, kann der Kontaktkörper zum einen für eine günstige elektrische Kontaktierung mit dem Anschlusselement einerseits und dem Steckkontakt andererseits optimiert werden. Hierzu ist die Hüllschicht vorzugsweise aus einem elektrisch besonders gut leitfähigen Material ausgebildet, sodass über die Hüllschicht eine elektrische Kontaktierung mit dem Anschlusselement einerseits und dem Steckkontakt andererseits hergestellt werden kann. Zum zweiten kann über das Material des Kerns eine hohe Wärmekapazität an dem Kontaktkörper bereitgestellt werden, sodass Wärme an dem Kontaktkörper aufgenommen und gespeichert werden kann und durch Verwendung des Kontaktkörpers somit die thermische Trägheit des Steckverbinderteils bei einem Erwärmen vergrößert ist.
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Der Kern kann beispielsweise aus einem Aluminiummaterial ausgebildet sein, beispielsweise aus einem reinen Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.
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Die Hüllschicht kann demgegenüber beispielsweise aus einem Kupfermaterial, zum Beispiel einem reinen Kupfer oder einer Kupferlegierung, gefertigt sein.
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Die Hüllschicht kann beispielsweise als plattierte Schicht auf den Kern aufgebracht sein, beispielsweise durch Walzplattierung, zum Beispiel durch Kaltwalzen oder Warmwalzen, oder durch andere, für eine bestimmte Materialpaarung geeignete Plattierungsverfahren.
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Die Schichtdicke der Hüllschicht kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 2 mm liegen.
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Durch Ausbildung des Kerns aus Aluminium kann der Kontaktkörper insgesamt leichtgewichtig und kostengünstig gefertigt werden. Aluminium weist üblicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und zudem eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe spezifische Wärmekapazität auf, sodass über den Kern Wärme aufgenommen und gespeichert werden kann.
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Bei einem Körper aus einem Aluminiummaterial kann eine elektrische Kontaktierung gegebenenfalls nicht einfach herzustellen sein, weil sich an einer freiliegenden Oberfläche des Aluminiumkörpers üblicherweise eine Oxidschicht bildet, die elektrisch isolierend wirkt. Diesem wird bei dem Kern des Kontaktkörpers durch die Hüllschicht entgegengewirkt, die außenseitig an dem Kern des Kontaktkörpers angebracht ist und durch Ausbildung aus einem gut elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Kupfermaterial, eine einfache und vorteilhafte elektrische Kontaktierung zum Anschlusselement einerseits und zum Steckkontakt andererseits herstellen kann.
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In einer Ausgestaltung kann die Hüllschicht zusätzlich mit einer weiteren Materialschicht beschichtet sein, zum Beispiel einer Silberschicht, um eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Steckkontakt und/oder dem Anschlusselement und der Hüllschicht weiter zu verbessern.
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In einer Ausgestaltung weist das Anschlusselement ein Anlageelement auf, das flächig an der Hüllschicht anliegt und somit elektrisch mit der Hüllschicht kontaktiert ist. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Kabelschuh ausgestaltet sein, der mit dem Anlageelement flächig an der Hüllschicht und somit an dem Kontaktkörper anliegt und über das Anlageelement an dem Kontaktkörper befestigt ist. Das Anschlusselement weist zudem ein Anschlussstück zum Beispiel in Form einer Hülse auf, in die eine zugeordnete Lastleitung eingesteckt sein kann und über die die Lastleitung mit dem Anschlusselement verbindbar ist, zum Beispiel durch Vercrimpen oder durch Verlöten.
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Über das Anlageelement ist das Anschlusselement mit dem Kontaktkörper verbunden, indem das Anlageelement an der Hüllschicht anliegt und an dem Kontaktkörper befestigt ist. Zum Befestigen weist das Anschlusselement beispielsweise ein Befestigungselement zum Beispiel in Form einer Schraube oder eines Niets auf, über die eine Schraub- oder Nietverbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Kontaktkörper hergestellt ist. Beispielweise kann an dem Anlageelement eine Durchgangsöffnung (ohne Innengewinde) geformt sein, durch die hindurch ein Befestigungselement in Form der Schraube gesteckt ist und in ein Gewinde an dem Kontaktkörper, vorzugsweise in dem Kern des Kontaktkörpers, eingeschraubt ist.
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Der Anbringungsort des Anschlusselements an dem Kontaktkörper und der Anbringungsort des Steckkontakts an dem Kontaktkörper sind vorzugsweise räumlich getrennt voneinander. Das Anschlusselement ist somit an dem Kontaktkörper angebracht, und ebenso ist der Steckkontakt an dem Kontaktkörper befestigt. Der Kontaktkörper nimmt somit eine Zwischenlage zwischen dem Anschlusselement und dem Steckkontakt ein, sodass ein Stromfluss zwischen dem Steckkontakt und dem Anschlusselement über den Kontaktkörper geleitet wird.
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In einer Ausgestaltung ist der Steckkontakt über eine Formschlussverbindung und/oder eine Stoffschlussverbindung mit dem Kontaktkörper verbunden. Eine Formschlussverbindung kann zum Beispiel über eine Nietverbindung hergestellt sein. Eine Stoffschlussverbindung kann demgegenüber beispielsweise durch eine Schweiß- oder Lötverbindung hergestellt sein. Über eine Formschlussverbindung kann ein mechanisch fester Halt des Steckkontakts an dem Kontaktkörper erreicht werden. Über die Stoffschlussverbindung, die vorzugsweise zwischen dem Steckkontakt und der Hüllschicht gebildet ist, kann insbesondere ein elektrisch kleiner Übergangswiderstand zwischen dem Steckkontakt und dem Kontaktkörper hergestellt werden.
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In einer Ausgestaltung weist der Steckkontakt einen Kontaktabschnitt zum Herstellen einer elektrisch kontaktierenden Steckverbindung mit einem zugeordneten Gegenkontaktelement eines Gegensteckverbinderteils auf. Der Kontaktabschnitt kann zum Beispiel die Form eines Kontaktstifts oder die Form einer Kontaktbuchse aufweisen. Das Gegenkontaktelement ist entsprechend komplementär geformt und weist die Form einer Kontaktbuchse oder eines Kontaktstifts auf. Über den Kontaktabschnitt wird der Steckkontakt steckend, beim Verbinden des Steckverbinderteils mit dem Gegensteckverbinderteil, mit dem zugeordneten Gegenkontaktelement verbunden, sodass eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
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Der Kontaktabschnitt ist, in einer Ausgestaltung, an einer ersten Seite des Kontaktkörpers angeordnet, während das Anschlusselement an einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite des Kontaktkörpers angeordnet ist. Der Kontaktabschnitt des Steckkontakts und das Anschlusselement befinden sich somit an unterschiedlichen, voneinander abgewandten Seiten des Kontaktkörpers.
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In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Kontaktabschnitt senkrecht von der ersten Seite. Der Kontaktabschnitt erstreckt sich hierbei in den Bereich des Steckabschnitts des Steckverbinderteils hinein, sodass über den Kontaktabschnitt eine steckende, elektrisch kontaktierende Verbindung mit dem zugeordneten Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils hergestellt werden kann, wenn das Steckverbinderteil mit dem Gegensteckverbinderteil verbunden wird.
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Um den Steckkontakt formschlüssig mit dem Kontaktkörper zu verbinden, kann der Steckkontakt beispielsweise einen an den Kontaktabschnitt anschließenden Schaftabschnitt aufweisen, der beispielsweise gegenüber dem Kontaktabschnitt radial verjüngt ist und in eine Öffnung des Kontaktkörpers eingesetzt ist. Die Öffnung kann sich als Sackloch in dem Kontaktkörper erstrecken, kann alternativ aber auch als Durchgangsöffnung ausgestaltet sein, die sich vollständig durch den Kontaktkörper hindurch erstreckt. Ist die Öffnung als Durchgangsöffnung ausgebildet, kann sich der Schaftabschnitt beispielsweise entlang der Durchgangsöffnung durch den Kontaktkörper hindurch erstrecken, sodass ein von dem Kontaktabschnitt abliegendes Ende des Schaftabschnitts aus dem Kontaktkörper herausragt und zum Herstellen einer Nietverbindung plastisch verformt werden kann, um auf diese Weise den Steckkontakt formschlüssig an dem Kontaktkörper festzulegen.
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Bei einer solchen formschlüssigen Verbindung kann zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung, zum Beispiel in Form einer Schweiß- oder Lötverbindung, vorgesehen werden, um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem Steckkontakt und dem Kontaktkörper zu reduzieren.
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Soll keine Formschlussverbindung zwischen dem Steckkontakt und dem Kontaktkörper vorgesehen werden, kann der Kontaktabschnitt (an den in diesem Fall kein zusätzlicher Schaftabschnitt anschließt) stumpf an den Kontaktkörper angesetzt und über eine Stoffschlussverbindung, zum Beispiel eine Schweiß- oder Lötverbindung, mit dem Kontaktkörper verbunden werden.
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Ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs umfasst ein Steckverbinderteil der vorangehend beschriebenen Art. Ein solches Ladesystem umfasst zudem ein Gegensteckverbinderteil, das steckend mit dem Steckverbinderteil verbunden werden kann. Das Steckverbinderteil kann beispielsweise als Ladebuchse an dem Elektrofahrzeug angeordnet sein. Das Gegensteckverbinderteil kann demgegenüber beispielsweise einen Ladestecker verwirklichen, der an einem Ladekabel angeordnet ist und mit dem Steckverbinderteil in Form der Ladebuchse verbunden werden kann. Über das Ladekabel kann der Ladestecker beispielsweise an eine Ladestation angeschlossen sein, sodass in verbundener Stellung des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils Ladeströme von der Ladestation zum Elektrofahrzeug übertragen werden können.
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Ein Steckverbinderteil der hier beschriebenen Art kann insbesondere zum Übertragen von Ladeströmen in Form von Gleichströmen eingesetzt werden. Ein solches Steckverbinderteil kann aber auch zum Übertragen von Ladeströmen in Form von Wechselströmen dienen.
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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 Ladekabel zum Verbinden mit einem Elektrofahrzeug;
- 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers;
- 3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug;
- 4 eine andere Ansicht des Steckverbinderteils;
- 5 eine Ansicht des Steckverbinderteils, ohne eine hintere Abdeckung;
- 6 eine Explosionsansicht des Steckverbinderteils;
- 7 eine Ansicht eines einem Steckkontakt zugeordneten Kontaktkörpers des Steckverbinderteils;
- 8 eine Explosionsansicht eines Steckkontakts mit einem zugeordneten Kontaktkörper und einem Anschlusselement zum Anschließen einer Lastleitung;
- 9 der Steckkontakt mit dem zugeordneten Kontaktkörper und dem Anschlusselement in montierter Stellung;
- 10 eine andere Ansicht der Anordnung gemäß 9;
- 11 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß 10;
- 12 eine Explosionsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Steckkontakts mit einem Kontaktkörper und einem Anschlusselement;
- 13 der Steckkontakt mit dem zugeordneten Kontaktkörper und dem Anschlusselement in montierter Stellung;
- 14 eine andere Ansicht der Anordnung gemäß 13;
- 15 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 13;
- 16 eine Explosionsansicht eines wiederum anderen Ausführungsbeispiels eines Steckkontakts mit einem Kontaktkörper und einem Anschlusselement zum Anschließen einer Lastleitung;
- 17 der Steckkontakt, der Kontaktkörper und das Anschlusselement in montierter Stellung; und
- 18 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III gemäß 17.
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1 zeigt ein Ladesystem umfassend 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 Gegensteckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
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Wie aus der vergrößerten Ansicht gemäß 2 ersichtlich, weist das Gegensteckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Gegensteckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Steckverbinderteil 5 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 z.B. im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 500 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 700 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und auch am Ladestecker 3 sowie der Ladebuchse 5 zu thermischen Verlusten, die zu einem Erwärmen des Kabels 2, des Ladesteckers 3 und der Ladebuchse 5 führen können.
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Eine zulässige Erwärmung an Bauteilen des Ladesystems ist hierbei normativ begrenzt, zum Beispiel auf einen Wert von maximal 50 K. Hieraus folgt, dass Maßnahmen ergriffen werden müssen, um eine übermäßige Erwärmung im Ladebetrieb zu verhindern, insbesondere wenn große Stromstärken, zum Beispiel in der Größenordnung von 700 A oder darüber, eingesetzt werden.
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Während das mit der Ladestation 1 verbundene Ladekabel 2 und der daran angeordnete Ladestecker 3 üblicherweise mit nur kurzen Unterbrechungen zum Durchführen wiederholter Ladevorgänge an Fahrzeugen quasi im Dauerbetrieb zum Einsatz kommen können, wird ein Elektrofahrzeug 4 üblicherweise in einem Ladevorgang mit einer Dauer von zum Beispiel 10-30 Minuten aufgeladen, anschließend aber über einen längeren Zeitraum nicht mehr bestromt, sodass die Ladebuchse 5 an dem Fahrzeug 4 sich nach dem Ladevorgang abkühlen kann. An dem Ladekabel 2 und dem Ladestecker 3 sind somit andere Kühlungsmaßnahmen, zum Beispiel eine aktive Kühlung, erforderlich als an der an dem Fahrzeug 4 angeordneten Ladebuchse 5.
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Einer Erwärmung an der an dem Elektrofahrzeug 4 angeordneten Ladebuchse 5 kann beispielsweise dadurch entgegengewirkt werden, dass die thermische Trägheit an der Ladebuchse 5 vergrößert wird, sodass eine Erwärmung an der Ladebuchse 5 bei einem Ladevorgang verlangsamt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass es während der Dauer des Ladevorgangs nicht zu einer übermäßigen Erwärmung kommt, sondern die Erwärmung auch bei großer Stromstärke so verlangsamt ist, dass eine zulässige Grenztemperatur nicht erreicht wird.
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Bei einem in 3-11 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 5 in Form einer an einem Elektrofahrzeug 4 anzuordnenden Ladebuchse sind an einem Gehäuse 50 Steckabschnitte 500, 501 geformt, die entlang der Steckrichtung E mit den Steckabschnitten 300, 301 des Gegensteckverbinderteils 3 in Form des Ladesteckers verbunden werden können, um auf diese Weise eine mechanische Steckverbindung zwischen dem Ladestecker 3 und der Ladebuchse 5 herzustellen.
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An einem oberen Steckabschnitt 500 des Steckverbinderteils 5 sind Kontaktelemente 52 zum Übertragen eines Wechselstroms und zudem Steuerkontakte angeordnet. An einem unteren Steckabschnitt 501 sind demgegenüber Steckkontakte 51A, 51B zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms angeordnet.
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Die Steckkontakte 51A, 51B können beispielsweise als Stiftkontakte ausgebildet sein und gelangen bei steckendem Verbinden des Steckverbinderteils 5 in Form der Ladebuchse mit dem Gegensteckverbinderteil 3 in Form des Ladesteckers mit zugeordneten Gegenkontaktelementen 31 an dem Steckabschnitt 301 in elektrischen Eingriff, sodass eine elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 5 und dem Gegensteckverbinderteil 3 hergestellt wird.
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Die Steckkontakte 51A, 51 B sind jeweils mit einer Lastleitung 53A, 53B verbunden, die in das Gehäuse 50 eingeführt und innerhalb des Elektrofahrzeugs 4 zum Führen des Ladestroms verlegt ist.
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Während 3 und 4 das Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse in perspektivischen Ansichten von vorn und von hinten darstellen, zeigt 5 das Steckverbinderteil 5 ohne eine hintere, den Steckabschnitten 500, 501 abgewandte Abdeckung 502. Ersichtlich sind im Inneren des Gehäuses 50 die in den Bereich des Steckabschnitts 500 ragenden Kontaktelemente 52. Ersichtlich sind zudem Kontaktkörper 54A, 54B, die den Steckkontakten 51A, 51 B zugeordnet sind und an die die Lastleitungen 53A, 53B über Anschlusselemente 55A, 55B in Form von Kabelschuhen angeschlossen sind.
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Wie dies aus 6 in Zusammenschau mit 7 ersichtlich ist, ist einem jeden Steckkontakt 51A, 51 B ein Kontaktkörper 54A, 54B zugeordnet.
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Die Steckkontakte 51A, 51B sind jeweils an einer vorderen Seite 543 des zugeordneten Kontaktkörpers 54A, 54B angeordnet und stehen senkrecht an der vorderen Seite 543 von dem zugeordneten Kontaktkörper 54A, 54B vor, sodass die Steckkontakte 51A, 51B in den Bereich des unteren Steckabschnitts 501 vorderseitig des Gehäuses 50 ragen.
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Die Anschlusselemente 55A, 55B sind demgegenüber jeweils an einer der vorderen Seite 543 abgewandten, hinteren Seite 544 des jeweils zugeordneten Kontaktkörpers 54A, 54B befestigt, sodass die Lastleitungen 53A, 53B über die Anschlusselemente 55A, 55B an den jeweils zugeordneten Kontaktkörper 54A, 54B angeschlossen sind.
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Ein jeder Kontaktkörper 54A, 54B weist einen Kern 540 und eine den Kern umfänglich umgebende Hüllschicht 541 auf, wie dies aus 7 ersichtlich ist. Der Kern 540 ist hierbei aus einem ersten Material, insbesondere einem Aluminiummaterial geformt. Die Hüllschicht 541 ist demgegenüber aus einem von dem ersten Material unterschiedlichen, zweiten Material geformt, zum Beispiel einem Kupfermaterial.
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Der Kern 540 kann aus reinem Aluminium gefertigt sein oder aus einer Aluminiumlegierung. Die Hüllschicht 541 kann beispielsweise aus reinem Kupfer oder aus einer Kupferlegierung geformt sein.
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Die Hüllschicht 541 ist zum Beispiel als plattierte Schicht, zum Beispiel unter Verwendung eines Walzplattierverfahrens oder eines anderen, für eine bestimmte Materialpaarung geeigneten Plattierungsverfahrens, an dem Kern 540 angebracht.
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Durch Fertigung des Kerns aus einem Aluminiummaterial kann der Kontaktkörper 54A, 54B kostengünstig und leichtgewichtig hergestellt werden.
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Während der Kern 540, insbesondere bei Fertigung aus einem Aluminiummaterial, elektrisch leitfähig ist und zudem eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen kann, kann die Hüllschicht 541 außen an dem Kern 540 eine vorteilhafte elektrische Kontaktierung für den Steckkontakt 51A, 51B und für das Anschlusselement 55A, 55B zur Verfügung stellen. Ist die Hüllschicht 541 aus einem Kupfermaterial gefertigt, so weist die Beschichtung 541 eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf, sodass der Steckkontakt 51A, 51B einerseits und des Anschlusselement 55A, 55B andererseits in einfacher, zuverlässiger Weise mit der Hüllschicht 541 elektrisch kontaktiert werden können.
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Ohne die Hüllschicht 541 an dem Kern 540 könnte sich, insbesondere bei Fertigung des Kerns 540 aus Aluminium, außenseitig des Kerns 540 eine Oxidschicht bilden, die die elektrische Kontaktierung des Kerns 540 beeinträchtigen könnte. Dies wird durch die den Kern 540 zumindest abschnittsweise umgebende Hüllschicht 541 vermieden.
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An der Hüllschicht 541 kann eine zusätzliche Beschichtung, zum Beispiel aus Silber, aufgebracht sein, um die elektrische Kontaktierung des Kontaktkörpers 54A, 54B weiter zu erleichtern.
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Der Kontaktkörper 54A, 54B ist funktional zwischen dem zugeordneten Anschlusselement 55A, 55B und dem zugeordneten Steckkontakt 51A, 51B angeordnet. Im Betrieb wird der Strom zwischen dem Anschlusselement 55A, 55 B und dem Steckkontakt 51A, 51 B somit über den Kontaktkörper 54A, 54B geleitet. Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität insbesondere des Kerns 540 kann hierbei Wärme an dem Kontaktkörper 54A, 54B aufgenommen und gespeichert werden, sodass auf diese Weise die thermische Trägheit des Systems erhöht und eine Erwärmung zumindest verlangsamt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist, wie dies aus 8-11 ersichtlich ist, der Steckkontakt 51A, 51B formschlüssig und stoffschlüssig an dem jeweils zugeordneten Kontaktkörper 54A, 54B angeordnet (in 8 bis 11 ist nur ein Steckkontakt 51A mit dem zugehörigen Kontaktkörper 54A und dem Anschlusselement 55A dargestellt; die Baugruppe des anderen Steckkontakts 51B ist spiegelverkehrt, aber funktional identisch aufgebaut).
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Steckkontakt 51A einen Kontaktabschnitt 510 auf, der als Kontaktstift geformt ist und bei montiertem Steckkontakt 51A senkrecht von der vorderen Seite 543 des Kontaktkörpers 54A vorsteht, wie dies zum Beispiel aus 9 ersichtlich ist. In montierter Stellung ragt der Kontaktabschnitt 510 in den Bereich des unteren Steckabschnitts 501 hinein und dient zur elektrischen Kontaktierung mit einem zugeordneten Gegenkontaktelement bei steckendem Verbinden des Steckverbinderteils 5 mit dem Gegensteckverbinderteil 3.
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An den Kontaktabschnitt 510 schließt ein Schaftabschnitt 511 an, der gegenüber dem Kontaktabschnitt 510 in seinem Durchmesser verjüngt ist und in einer Durchgangsöffnung 542 des Kontaktkörpers 54A einliegt. Ein Ende 512 des Schaftabschnitts 511 ragt hierbei an der dem Kontaktabschnitt 510 abgewandten Seite aus dem Kontaktkörper 54A hinaus und ist plastisch verformt, sodass darüber eine formschlüssige Nietverbindung zwischen dem Steckkontakt 51A und dem Kontaktkörper 54A gebildet ist.
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Zusätzlich ist zwischen dem Kontaktabschnitt 510 und der vorderen Seite 543 des Kontaktkörpers 54A eine stoffschlüssige Verbindung 513, zum Beispiel eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung geformt. Die stoffschlüssige Verbindung 513 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umlaufend als Materialring an einem Übergang zwischen dem Kontaktabschnitt 510 und der Hüllschicht 541 des Kontaktkörpers 54A geformt, sodass darüber eine stoffschlüssige Verbindung mit guter elektrischer Kontaktierung zwischen dem Kontaktabschnitt 510 und dem Kontaktkörper 54A hergestellt ist.
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Durch formschlüssige Verbindung des Steckkontakts 51A mit dem Kontaktkörper 54A unter Verwendung des Schaftabschnitts 511 kann eine mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem Steckkontakt 51A und dem Kontaktkörper 54A geschaffen werden.
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Durch Verwendung einer stoffschlüssigen Verbindung 513 kann demgegenüber der elektrische Übergangswiderstand zwischen dem Steckkontakt 51A und dem Kontaktkörper 54A minimiert werden.
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Während der Kontaktabschnitt 510 an der vorderen Seite 543 des Kontaktkörpers 54A vorsteht, ist das Anschlusselement 55A und darüber die Lastleitung 53A an die der vorderen Seite 543 abgewandte, hintere Seite 544 des Kontaktkörpers 54A angeschlossen. Das Anschlusselement 55A ist als Kabelschuh geformt und weist ein Anschlussstück 550 in Form einer Anschlusshülse auf, in die die Lastleitung 53A mit einem abisolierten Leiterende eingesteckt ist und mit der die Lastleitung 53A verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Anschlussstück 550 und der Lastleitung 53A kann zum Beispiel über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung oder durch Crimpen hergestellt sein.
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Das Anschlussstück 550 ist mit einem Anlageelement 551 verbunden, vorzugsweise integral mit dem Anlageelement 551 geformt, das eine Durchgangsöffnung 553 (ohne Innengewinde) aufweist, durch die hindurch ein Befestigungselement 552 in Form einer Schraube geführt ist. Das Befestigungselement 552 erstreckt sich durch die Durchgangsöffnung 553 hindurch und ist in ein Gewinde an dem Kontaktkörper 54A eingeschraubt, das vorzugsweise in dem Kern 540 geformt ist.
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Durch das Befestigungselement 552 ist das Anschlusselement 55A und darüber die Lastleitung 53A somit mechanisch an dem Kontaktkörper 54A befestigt und zudem durch Anlage des Anlageelements 551 an der Hüllschicht 541 elektrisch mit dem Kontaktkörper 54A kontaktiert.
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Die Anschlussstellen des Steckkontakts 51A und des Anschlusselements 55A sind räumlich voneinander beabstandet, indem der Steckkontakt 51A und das Befestigungselement 552 an unterschiedlichen Höhen (betrachtet senkrecht zu der der Längserstreckungsrichtung des Steckkontakts 51A entsprechenden Einsteckrichtung E) an dem Kontaktkörper 54A angebracht sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein Stromfluss zwischen der Lastleitung 53A und dem zugeordneten Steckkontakt 51A stets über den Kontaktkörper 54A fließt und somit Wärme an dem Kontaktkörper 54A aufgenommen werden kann.
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Wie dies aus 5 ersichtlich ist, sind die Kontaktkörper 54A, 54B gemeinsam mit den Steckkontakten 51A, 51B innerhalb des Gehäuses 50 des Steckverbinderteils 5 festgelegt. Die Kontaktkörper 54A, 54B können hierbei mechanisch innerhalb des Gehäuses 50 fixiert sein und tragen die Steckkontakte 51A, 51B, sodass die Steckkontakte 51A, 51B durch die Kontaktkörper 54A, 54B in Position an dem Steckabschnitt 501 gehalten sind.
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Ein anderes, in 12-15 dargestelltes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 8-11 lediglich darin, dass die stoffschlüssige Verbindung 513 nicht als umlaufender Materialring zwischen dem Kontaktabschnitt 510 und der Hüllschicht 541 geformt ist (wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8-11), sondern einzelne Stoffschlussstellen, zum Beispiel Schweißstellen oder Lötstellen, geschaffen sind, die den Kontaktabschnitt 510 stellenweise mit der Hüllschicht 541 stoffschlüssig verbinden.
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Bei einem wiederum anderen, in 16-18 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steckkontakt 51A ausschließlich stoffschlüssig mit dem zugeordneten Kontaktkörper 54A verbunden. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Steckkontakt 51A und dem Kontaktkörper 54A ist demgegenüber nicht vorhanden. Die stoffschlüssige Verbindung 513 ist hierbei durch einen umlaufenden, geschlossenen Materialring gebildet, der den Kontaktabschnitt 510 mit der Hüllschicht 541 des Kontaktkörpers 54A verbindet. Der Kontaktabschnitt 510 ist stumpf auf die vordere Seite 543 der Hüllschicht 541 aufgesetzt und über die Stoffschlussverbindung 513 mit dem Kontaktkörper 54A verbunden. Über die Stoffschlussverbindung 513 wird hierbei zum einen eine mechanische Befestigung für den Steckkontakt 51A hergestellt und zum anderen der elektrische Übergangswiderstand minimiert.
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Abgesehen von der Befestigung des Steckkontakts 51A an dem zugeordneten Kontaktkörper 54A sind die Ausführungsbeispiele gemäß 12-15 und 16-18 identisch dem Ausführungsbeispiel gemäß 8-11, sodass ergänzend auf die Ausführungen zu diesem Ausführungsbeispiel verwiesen werden soll.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
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Der Kontaktkörper ist aus unterschiedlichen Materialien geformt, wobei ein Kern zumindest abschnittsweise von einer Hüllschicht umgeben ist. Der Kern ist aus einem ersten Material geformt, das bevorzugt eine gute elektrische Leitfähigkeit und zudem eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist. Die Hüllschicht ist demgegenüber aus einem zweiten Material geformt, das eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und eine einfache, zuverlässige elektrische Kontaktierung außenseitig mit dem Steckkontakt und dem Anschlusselement ermöglicht.
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Der Kontaktkörper kann eine quaderförmige Gestalt aufweisen, wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen. Dies ist jedoch nicht beschränkend. Der Kontaktkörper kann auch eine andere Gestalt aufweisen, zum Beispiel eine zylindrische Form.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Ladekabel
- 200,201
- Ende
- 3
- Ladestecker
- 30
- Gehäuse
- 300, 301
- Steckabschnitt
- 31
- Gegenkontaktelement
- 4
- Fahrzeug
- 5
- Ladebuchse
- 50
- Gehäuse
- 500, 501
- Steckabschnitt (Aufnahmebuchse)
- 502
- Hintere Abdeckung
- 51A, 51B
- Steckkontakt
- 510
- Kontaktabschnitt
- 511
- Schaftabschnitt
- 512
- Ende
- 513
- Stoffschlussverbindung
- 52
- Kontaktelemente
- 53A, 53B
- Lastleitung
- 54A, 54B
- Kontaktkörper
- 540
- Kern
- 541
- Hüllschicht
- 542
- Öffnung
- 543, 544
- Seite
- 55A, 55B
- Anschlusselement (Kabelschuh)
- 550
- Anschlussstück
- 551
- Anlageelement
- 552
- Befestigungselement
- 553
- Durchgangsöffnung
- E
- Einsteckrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016105308 A1 [0010]
