DE102022128013A1

DE102022128013A1 - Lastkontaktbaugruppe mit einem Wärmekapazitätselement

Info

Publication number: DE102022128013A1
Application number: DE102022128013.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Führer; Martin Kneidl
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Eine Lastkontaktbaugruppe (L; L') für ein Steckverbinderteil (5) umfasst: zumindest einen Steckkontakt (51A, 51B) zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement (31) eines Gegensteckverbinderteils (3) und eine Stromschiene (55A-55D) mit einem ersten Verbindungsabschnitt (550), an welchem der zumindest eine Steckkontakt (51A, 51B) elektrisch leitend an der Stromschiene (55A-55D) montiert ist, und einem zweiten Verbindungsabschnitt (551) zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung (53A, 53B). Dabei ist vorgesehen, dass ein Abschnitt (A) der Stromschiene (55A-55D) durch zumindest ein Wärmekapazitätselement (54A-54E) zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene (55A-55D) zumindest teilweise umschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lastkontaktbaugruppe für ein Steckverbinderteil, ein Steckverbinderteil mit einer solchen Lastkontaktbaugruppe und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lastkontaktbaugruppe.
Insbesondere im Bereich der E-Mobilität bestehen für Steckverbinder und damit verbundene Leitungssätze höchste Anforderungen hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und der damit verbundenen thermischen Belastungen. Neben den Kabeln sind die Steckverbinder regelmäßig hohen Ladeströmen, z.B. von 700 Ampere und mehr ausgesetzt. Diese hohen Ströme sollen mit möglichst geringer Verlustleistung übertragen werden. Vor diesem Hintergrund ist erwähnenswert, dass die Verlustleitung quadratisch mit dem Strom ansteigt.
Besonders bei fahrzeugseitigen Steckverbinderteilen tritt eine daraus folgende Wärmebelastung typischerweise nur intermittierend auf, nämlich während der einzelnen Ladevorgänge, zwischen denen in der Regellängere zeitliche Abstände vorliegen.
Für ein Schnellladen mit Gleichstrom betragen die Ladezeiten momentan typischerweise zwischen 10 und 30 Minuten, wobei sich diese Ladezeiten zukünftig weiter verkürzen sollen. Die Aufheizkurven sind aufgrund der großen Massen der stromführenden Teile derart ausgeprägt, dass sich die Gleichgewichtstemperatur auch bei höheren Strömen teilweise erst nach mehreren Minuten einstellt. Normativ ist hierzu festgelegt, dass zu jedem Zeitpunkt des Ladens kein Bauteil innerhalb der Steckverbindung eine Temperaturerhöhung von mehr als 50 Kelvin erfahren darf. Wegen der normativen Definition der Steckverbinder im Bereich der E-Mobilität ist es regelmäßig nicht möglich, einfach die Geometrien der Steckkontakte zu skalieren, um damit eine größere Stromtragfähigkeit und eine geringere Temperaturerhöhung zu realisieren. Vielmehr sollen mit den bestehenden genormten Steckverbinder-Geometrien größtmögliche Leistungsübertragungen erreicht werden und gleichzeitig die entstehende Stromwärme im Steckverbinder kontrollierbar gemacht werden.
Dies wird bislang oft erfolgreich mit aktiv gekühlten Steckverbindern und Ladekabeln erreicht. Der technische Aufwand, der hierfür in der Regel betrieben werden muss, spiegelt sich aber in den Kosten und dem Aufwand für die Herstellung der aktiv gekühlten Komponenten der entsprechenden Ladeeinrichtungen wider.
In der DE 10 2016 105 308 A1 ist eine Fahrzeugladebuchse mit Wärmekapazitätselementen beschrieben, welche jeweils an einem Schaft eines Steckkontakts angeordnet sind. Die beschriebenen Wärmekapazitätselemente weisen ein Phasenwechselmaterial auf, das ein Aufheizen der Steckkontakte verzögert und damit längere Ladezeiten, beziehungsweise höhere Ladeströme ermöglicht.
Die DE 10 2019 104 655 A1 betrifft eine Hochstromverdrahtung zwischen einem Ladesteckverbinders und einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs. Die Hochstromverdrahtung weist ein Kühlgehäuse auf. Auf diese Weise kann eine hohe Erwärmung des Ladesteckverbinders des Fahrzeugs aufgrund von aus einer Batterieleitung zurückströmender Wärme vermieden werden. Hierdurch kann der Ladesteckverbinder vor der Einwirkung von zusätzlicher Wärme geschützt werden.
In der EP 0 668 632 A2 ist eine elektrische Verbindunganordnung beschrieben, bei der ein Endabschnitt eines Kabels mit einem Kühlkörper einer elektrischen Vorrichtung verbunden ist. Diese Lösung ist nur eingeschränkt einsetzbar und zudem sehr aufwändig herzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, besonders einfach herstellbare Steckverbinderteile zu ermöglichen, welche hohe Ladeströme erlauben.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach wird eine Lastkontaktbaugruppe für ein Steckverbinderteil angegeben. Die Lastkontaktbaugruppe umfasst zumindest einen Steckkontakt (insbesondere mehrere, z.B. zwei, solcher Steckkontakte) zum elektrischen Kontaktieren mit (jeweils) einem Gegenkontaktelement eines Gegensteckverbinderteils. Ferner umfasst die Lastkontaktbaugruppe eine Stromschiene mit einem ersten Verbindungsabschnitt, an welchem der zumindest eine Steckkontakt elektrisch leitend an der Stromschiene montiert ist, und einem zweiten Verbindungsabschnitt zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung. Dabei ist vorgesehen, dass ein Abschnitt der Stromschiene durch zumindest ein Wärmekapazitätselement zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene z.B. teilweise, überwiegend, im Wesentlichen vollständig oder vollständig umschlossen ist. Die Stromschiene ist z.B. in das Wärmekapazitätselement gesteckt, insbesondere durch das Wärmekapazitätselement hindurch gesteckt.
Das basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine derartige Anordnung des Wärmekapazitätselements sowohl eine besonders effektive Wärmeübertragung auf das Wärmekapazitätselement möglich ist als auch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung, da das Wärmekapazitätselement beispielsweise einfach auf die Stromschiene aufsteckbar sein kann. Somit werden durch die Lastkontaktbaugruppe Steckverbinderteile ermöglicht, welche zugleich besonders einfach herstellbar sind und hohe Ladeströme erlauben. Dabei ist trotz hoher Ladeströme keine aktive Kühlung des der Lastkontaktbaugruppe und des Steckverbinderteils notwendig.
Der Steckkontakt ist zum elektrischen Kontaktieren mit dem Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils in einer Steckrichtung an das Gegenkontaktelement steckbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Wärmekapazitätselement in einem Winkel zur Steckrichtung, insbesondere senkrecht zur Steckrichtung, auf die Stromschiene aufgesteckt ist. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Ausgestaltung und zudem eine besonders einfache Montage.
Der genannte Abschnitt der Stromschiene mit dem zumindest einen Wärmekapazitätselement kann zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt der Stromschiene angeordnet sein. Dies ermöglicht den Einsatz eines verhältnismäßig großen Wärmekapazitätselements und zudem eine besonders einfache und sichere Montage.
Die Lastkontaktbaugruppe kann ein weiteres Wärmekapazitätselement umfassen. In dieses weitere Wärmekapazitätselement kann die Stromschiene (z.B. ebenfalls) eingesteckt sein. Optional ist dabei der erste Verbindungsabschnitt zwischen dem Wärmekapazitätselement und dem weiteren Wärmekapazitätselement angeordnet. Hierdurch kann eine noch größere Wärmemenge aufnehmbar, und das zudem besonders effektiv.
Die Stromschiene ist beispielsweise in einer Öffnung, insbesondere einer Durchgangsöffnung, des zumindest einen Wärmekapazitätselements angeordnet. Die Stromschiene kann in der Öffnung mit dem zumindest einen Wärmekapazitätselement verpresst sein. Das ermöglicht einen besonders einfachen Zusammenbau, da keine Schraubverbindung notwendig ist. Zudem ist eine weitgehend automatisierte Herstellung der Lastkontaktbaugruppe möglich.
Optional ist das Wärmekapazitätselement derart an mehreren Verpressungen mit der Stromschiene verpresst, dass die Stromschiene an den Verpressungen formschlüssig im Wärmekapazitätselement gehalten ist. Die Verpressungen sind untereinander z.B. jeweils gleich geformt. Hierdurch ist eine besonders sichere Montage des Wärmekapazitätselements an der Stromschiene möglich. Zudem sind derartige Verpressungen besonders gut automatisierbar herstellbar.
Alternativ oder zusätzlich kann die Stromschiene mit einem Übermaß in die Öffnung des zumindest einen Wärmekapazitätselements eingepresst sein. Das ermöglicht einen besonders guten Wärmeübergang und eine Herstellung mit besonders wenigen Herstellungsschritten, da das Einstecken und das Verpressen in einem Vorgang erfolgen kann.
Das zumindest eine Wärmekapazitätselement ist optional ein Abschnitt eines Strangpressprofiles. Hierdurch kann die Herstellung des Wärmekapazitätselement oder der Wärmekapazitätselemente stark vereinfacht werden, nämlich einfach durch Ablängen des Strangpressprofiles auf eine vorgegebene Länge(n) zur Bildung des/der Wärmekapazitätselements/Wärmekapazitätselemente. Das Wärmekapazitätselement weist z.B. zwei gegenüberliegende (insbesondere zueinander parallele) Stirnflächen auf. Die Stirnflächen weisen insbesondere untereinander die gleiche Form auf. Je zwei einander entsprechende Punkte der beiden Stirnflächen sind durch eine Gerade verbunden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass sämtliche dieser Geraden des Wärmekapazitätselements parallel zueinander verlaufen.
Die Stromschiene weist z.B. einen rechteckigen Querschnitt auf. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung. Beispielsweise ist die Stromschiene ein Stanzteil. Die Stromschiene ist z.B. aus Kupfer hergestellt.
Die Lastleitung ist in einem montierten Zustand an den zweiten Verbindungsabschnitt angeschlossen.
Das Wärmekapazitätselement kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen oder daraus bestehen. Hierdurch kann das Wärmekapazitätselement kostengünstig und leichtgewichtig hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Wärmekapazitätselement ein Phasenwechselmaterial, das bei Erwärmung einen Phasenübergang beispielsweise von fest zu flüssig ausführt und dadurch in der Lage ist, eine große Wärmeenergie aufzunehmen. Solche Phasenwechselmaterialien nutzen die Enthalpie thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, beispielsweise eines Phasenübergangs von fest zu flüssig und umgekehrt, aus. Phasenwechselmaterialien können beispielsweise Salze oder Paraffine als Speichermedium verwenden. Ebenso ist denkbar, niedrigschmelzenden Metalllegierungen, zum Beispiel ein sogenanntes Field'sches Metall, einzusetzen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steckverbinderteil, z.B. für ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, bereitgestellt. Das Steckverbinderteil umfasst die Lastkontaktbaugruppe nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung und ein Gehäuse mit einem Steckabschnitt für den zumindest einen Steckkontakt zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben zur Lastkontaktbaugruppe Bezug genommen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lastkontaktbaugruppe für ein Steckverbinderteil angegeben, insbesondere zur Herstellung der Lastkontaktbaugruppe nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Das Verfahren umfass die folgenden Schritte in beliebiger (alternativ in genau der angegebenen) Reihenfolge: Montieren zumindest eines Steckkontakts elektrisch leitend an einem ersten Verbindungsabschnitt einer Stromschiene, wobei die Stromschiene einen zweiten Verbindungsabschnitt zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung aufweist; und Einstecken der Stromschiene in eine Öffnung zumindest eines Wärmekapazitätselements, wobei das zumindest eines Wärmekapazitätselement zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene ausgebildet ist, und Verpressen der Stromschiene bei dem Einstecken oder anschließend mit der Öffnung. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben zur Lastkontaktbaugruppe Bezug genommen.
Optional wird das zumindest eine Wärmekapazitätselement derart an mehreren Verpressungen mit der Stromschiene verpresst, dass die Stromschiene an den Verpressungen formschlüssig im zumindest einen Wärmekapazitätselement gehalten wird.
Alternativ oder zusätzlich wird die Stromschiene z.B. mit einem Übermaß in die Öffnung des zumindest einen Wärmekapazitätselements eingepresst.
Das zumindest eine Wärmekapazitätselement kann durch Abschneiden eines Stücks von einem Strangpressprofil hergestellt werden.
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 Gegensteckverbinderteils zu einem Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers;
3A und 3B Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse des Elektrofahrzeugs gemäß 1;
4 eine Ansicht des Steckverbinderteils gemäß 3A und 3B, ohne eine hintere Abdeckung;
5 eine Explosionsansicht des Steckverbinderteils gemäß 4;
6A und 6B Ansichten eines Steckkontakts des Steckverbinderteils gemäß 3A und 3B mit einer daran angeschlossenen Stromschiene und einem an der Stromschiene montierten Wärmekapazitätselement;
7 eine Ansicht des Steckkontakts gemäß 6A und 6B mit der daran angeschlossenen Stromschiene und dem Wärmekapazitätselement vor der Montage an der Stromschiene;
8A und 8B Ansichten des Wärmekapazitätselements gemäß 7 vor der Montage;
9 eine Ansicht des Steckkontakts mit der daran angeschlossenen Stromschiene und dem an der Stromschiene montierten und durch Umformen damit gefügten Wärmekapazitätselement;
10 eine Ansicht, in welcher die Stromschiene und das Wärmekapazitätselement nach dem Umformen bei der Montage separat voneinander dargestellt sind;
11 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des gemäß 9 an der Stromschiene montierten Wärmekapazitätselements;
12 eine Ansicht eines Steckkontakts mit einer daran angeschlossenen Stromschiene und einem an der Stromschiene montierten und durch Untermaß gefügten Wärmekapazitätselement;
13 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des gemäß 12 an der Stromschiene montierten Wärmekapazitätselements;
14 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse des Elektrofahrzeugs gemäß 1, ohne eine hintere Abdeckung;
15 eine Explosionsansicht des Steckverbinderteils gemäß 14;
16A und 16B Ansichten eines Steckkontakts des Steckverbinderteils gemäß 14 mit einer daran angeschlossenen Stromschiene und mehreren an der Stromschiene montierten Wärmekapazitätselementen;
17A und 17B Ansichten eines der Wärmekapazitätselemente gemäß 16A und 16B vor der Montage; und
18 eine Ansicht eines weiteren Wärmekapazitätselements.

1 zeigt ein Ladesystem umfassend eine Ladestation 1, die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Das Fahrzeug 4 weist ein Steckverbinderteil 5 in Form einer Ladebuchse auf. 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.
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 dem zugeordneten Steckverbinderteil 5 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. Das Fahrzeug 4 umfasst eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie an einen oder mehrere Elektromotoren des Fahrzeugs 4, wobei die Traktionsbatterie mittels den Ladeströmen aufladbar ist.
Um ein zügiges Aufladen der Traktionsbatterie des Fahrzeugs 4 z.B. im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke auf, z.B. größer als 500 A, gegebenenfalls sogar von 700 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und auch am Ladestecker 3 sowie des Steckverbinderteils 5 zu thermischen Verlusten, die zu einem Erwärmen des Kabels 2, des Ladesteckers 3 und des Steckverbinderteils 5 führen können.
Eine zulässige Erwärmung an Bauteilen des Ladesystems ist hierbei normativ begrenzt, zum Beispiel auf einen Wert von maximal 50 K. Daher werden Maßnahmen ergriffen, um eine übermäßige Erwärmung im Ladebetrieb zu verhindern, insbesondere wenn große Stromstärken, zum Beispiel in der Größenordnung von 700 A oder darüber, eingesetzt werden.
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 das Steckverbinderteil 5 an dem Fahrzeug 4 sich nach dem Ladevorgang abkühlen kann. An dem Ladekabel 2 und dem Ladestecker 3 sind somit andere Kühlungsmaßnahmen erforderlich als an dem an dem Fahrzeug 4 angeordneten Steckverbinderteil 5.
Einer Erwärmung an dem an dem Elektrofahrzeug 4 angeordneten Steckverbinderteil 5 kann beispielsweise dadurch entgegengewirkt werden, dass die thermische Trägheit am Steckverbinderteil 5 vergrößert wird, sodass eine Erwärmung am Steckverbinderteil 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.
Bei einem anhand der 3A-13 veranschaulichten 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 dem Steckverbinderteil 5 herzustellen.
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.
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.
Die Steckkontakte 51A, 51B sind jeweils mit einer Lastleitung 53A, 53B elektrisch verbunden, die in das Gehäuse 50 eingeführt und innerhalb des Elektrofahrzeugs 4 zum Führen des Ladestroms verlegt ist.
Während 3A und 3B das Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse in perspektivischen Ansichten von vorn und von hinten darstellen, zeigt 4 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 (zwei) Lastkontaktbaugruppen L des Steckverbinderteils 5.
Die Lastkontaktbaugruppen L umfassen jeweils einen der Steckkontakte 51A, 51B, jeweils eine Stromschiene 55A, 55B und jeweils ein Wärmekapazitätselement 54A, 54B zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene 55A, 55B. Die Stromschienen 55A, 55B sind den Steckkontakten 51A, 51B zugeordnet und an die Lastleitungen 53A, 53B über Anschlusselemente 530 in Form von Kabelschuhen angeschlossen. Jeder der beiden Steckkontakte 51A, 51B ist über eine jeweilige Stromschiene 55A, 55B an die entsprechende Lastleitung 53A, 53B elektrisch angeschlossen.
Die Stromschiene 55A, 55B jeder der Lastkontaktbaugruppen weist einen ersten Verbindungsabschnitt 550 auf, an welchem der jeweilige Steckkontakt 51A, 51B elektrisch leitend an der Stromschiene 55A, 55B montiert ist (z.B. mittels einer Schraubverbindung), und einen zweiten Verbindungsabschnitt 551 zum Anschließen der jeweiligen elektrischen Lastleitung 53A, 53B. Ein Abschnitt A (siehe z.B. 7) der Stromschiene 55A, 55B ist dabei durch das jeweilige Wärmekapazitätselement 54A, 54B umschlossen. In Bezug auf eine Querschnittsebene umschließt das jeweilige Wärmekapazitätselement 54A, 54B die entsprechende Stromschiene 55A, 55B vollständig. Die Wärmekapazitätselemente 54A, 54B sind vorliegend aus Aluminium hergestellt.
Der erste und der zweite Verbindungsabschnitt 550, 551 werden jeweils z.B. durch eine Öffnung in der jeweiligen Stromschiene 55A, 55B ausgebildet. Der jeweilige Steckkontakt 51A, 51B ist z.B. mittels einer Verschraubung am ersten Verbindungsabschnitt 550 befestigt. Das jeweilige Anschlusselement 530 der entsprechenden Lastleitung 53A, 53B ist mittels einer Schraube 531 und einer Mutter 532 am zweiten Verbindungsabschnitt 551 befestigt (vgl. z.B. 5 bis 6B).
Die Stromschienen 55A, 55B sind länglich und sind mit ihrer Längserstreckung senkrecht zur Steckrichtung E ausgerichtet. Die Stromschienen 55A, 55B sind flach, d.h., in einer Raumrichtung wesentlich geringer ausgedehnt als in den beiden anderen Raumrichtungen. Die Stromschienen 55A, 55B weisen vorliegend eine rechteckige Form auf. Die Stromschienen 55A, 55B weisen untereinander dieselbe Außenform auf. Ferner sind die Stromschienen 55A, 55B parallel zueinander ausgerichtet.
Der Abschnitt A der jeweiligen Stromschiene 55A, 55B mit dem Wärmekapazitätselement 54A, 54B ist zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten Verbindungsabschnitt 550, 551 der Stromschiene 55A, 55B angeordnet. Das Wärmekapazitätselement 54A, 54B ist zwischen dem jeweiligen Steckkontakt 51A, 51B und der entsprechenden Lastleitung 53A, 53B samt dem jeweiligen Anschlusselement 530 unverlierbar gehalten.
Die Stromschiene 55A, 55B jeder Lastkontaktbaugruppe L ist in einer Öffnung 540 des jeweiligen Wärmekapazitätselements 54A, 54B eingesteckt und in der Öffnung 540 mit dem Wärmekapazitätselement 54A, 54B verpresst. Der Einsteckvorgang ist z.B. anhand der 7 ersichtlich.
Für einen guten Wärmeübergang und eine sichere Fixierung des jedes Wärmekapazitätselements 54A, 54B an der jeweiligen Stromschiene 55A, 55B ist vorgesehen, dass das jeweilige Wärmekapazitätselement 54A, 54B derart an mehreren (hier sechs) Verpressungen V mit der Stromschiene 55A, 55B verpresst ist. Durch die Verpressungen V ist die Stromschiene 55A, 55B an den Verpressungen V formschlüssig in der Öffnung 540 des Wärmekapazitätselements 54A, 54B gehalten (und umgekehrt).
Die Verpressungen V sind beispielsweise in 9 veranschaulicht. Dort ist auch ein Stempel S zum Einbringen der Verpressungen V gezeigt. Optional ist ein Werkzeug mit mehreren solcher Stempel S vorgesehen, das mehrere oder alle der Verpressungen V in einem Arbeitsschritt einbringen kann. Hierzu wird nach dem Aufstecken des Wärmekapazitätselements 54A, 54B auf die Stromschiene 55A, 55B senkrecht zur Einsteckrichtung der Stempel S in das Material des Wärmekapazitätselements 54A, 54B eingepresst, z.B. Aluminium. Dieses verformt sich dadurch plastisch und auch das Material (z.B. Kupfer) der Stromschiene 55A, 55B wird dabei verformt.
10 veranschaulicht zu Darstellungszwecken die nach diesem Einbringen der Verpressungen V an sich nicht mehr zerstörungsfrei voneinander trennbaren Teile, das Wärmekapazitätselement 54A, 54B und die Stromschiene 55A, 55B, separat. Durch das Einbringen der Verpressungen V sind Prägungen P in die Stromschiene eingebracht, welche im Verpressten Zustand durch Material des Wärmekapazitätselements 54A, 54B ausgefüllt sind. Dies ist z.B. in 11 veranschaulicht. Somit sind das Wärmekapazitätselement 54A, 54B und die Stromschiene 55A, 55B formschlüssig aneinander gehalten.
Die Öffnung 540 im Wärmekapazitätselement 54A, 54B ist eine Durchgangsöffnung. Sie ist abgesehen von den beiden gegenüberliegenden Zugängen an den Stirnflächen des Wärmekapazitätselements 54A, 54B vollständig von Material des Wärmekapazitätselements 54A, 54B umschlossen. Dadurch ergibt sich ein guter Wärmeübergang von der Stromschiene 55A, 55B zum Wärmekapazitätselement 54A, 54B.
Das Wärmekapazitätselement 54A, 54B ist separat in den 8A und 8B dargestellt. Es weist einen rechteckigen Körper 541 auf, neben dem ein Abschnitt mit der Öffnung 540 angeordnet ist. Der Körper 541 ist massiv ausgebildet. Das Wärmekapazitätselement 54A, 54B ist ein Stück eines Strangpressprofils P, welches in 8A schematisch veranschaulicht ist. Zur Herstellung der Wärmekapazitätselemente 54A, 54B können einfach stücke vom Strangpressprofil P abgeschnitten werden.
Alternativ oder zusätzlich zum Einbringen der Verpressungen V kann vorgesehen sein, dass die Stromschiene 55A, 55B mit einem Übermaß in die Öffnung 540 des zumindest einen Wärmekapazitätselements 54A, 54B eingepresst wird und dann ist, so wie anhand der 12 und 13 veranschaulicht. Die Öffnung 540 wird z.B. mit abgerundeten Ecken hergestellt und die Stromschiene 55A, 55B z.B. mit vergleichsweise scharfkantigen Ecken. Beim Einpressen in die Öffnung verdrängt die Stromschiene 55A, 55B Material des Wärmekapazitätselements 54A, 55B in Materialverdrängungsbereichen M. Alternativ oder zusätzlich ist die Breite und/oder Weite der Öffnung 540 kleiner bemessen als die entsprechende Breite und/oder Dicke der Stromschiene 55A, 55B. Hierdurch wird eine besonders sichere Fixierung und ein großflächiger und guter Wärmeübergang ermöglicht.
Die beschriebene Lösung ermöglicht ein kostengünstiges und gewichtssparendes Steckverbinderteil 5. Insbesondere ist die Herstellung einfach und zu einem weiten Grad automatisierbar. Ferner kann ein sicherer Wärmeübergang gewährleistet werden.
14 bis 17B veranschaulichen Lastkontaktbaugruppen L' für das Steckverbinderteil 5, welche im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Lastkontaktbaugruppe L eine Stromschiene 55C, 55D aufweist, welche über den ersten Verbindungsabschnitt 550 hinaus erstreckt sind. An diesem Abschnitt der jeweiligen Stromschiene 55C, 55D ist ein weiteres, also pro Lastkontaktbaugruppe L` zweites Wärmekapazitätselement 54C, 54Dangeordnet, in welches die Stromschiene 55C, 55D ebenfalls eingesteckt ist.
Dabei ist jeweils der erste Verbindungsabschnitt 550 zwischen dem einen Wärmekapazitätselement 54A, 54B und dem weiteren Wärmekapazitätselement 54C, 54D angeordnet.
Das weitere Wärmekapazitätselement 54C, 54D ist kleiner (genauer: kürzer) als das Wärmekapazitätselement 54A, 54B zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsabschnitt 550, 551. Auch das jeweilige weitere Wärmekapazitätselement 54C, 54D ist ein Stück des Strangpressprofils P.
So kann eine noch größere Wärmemenge aufgenommen werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich andersgearteter Weise verwirklichen.
Grundsätzlich können Wärmekapazitätselemente der hier beschriebenen Art an Steckverbinderteilen in Form von Ladebuchsen oder Ladesteckern im Rahmen eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zum Einsatz kommen. Denkbar und möglich ist aber auch eine Verwendung in gänzlich andersgearteten Steckverbinderteilen außerhalb eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs.
Ein Wärmekapazitätselement der hier beschriebenen Art kann nicht nur an einem Kontaktelement zum Übertragen eines Gleichstroms eingesetzt werden, sondern auch an einem Kontaktelement zum Übertragen eines Wechselstroms.
An einem Steckverbinderteil können sämtliche Kontaktelemente mit einem Wärmekapazitätselement verbunden sein, wobei auch denkbar und möglich ist, nur eine Untergruppe der Kontaktelemente mit einem jeweils zugeordneten Wärmekapazitätselement zu bestücken.
18 zeigt ein weiteres Wärmekapazitätselement 54E, welches die hierin beschriebenen Lastkontaktbaugruppen L; L' aufweisen können. Dieses Wärmekapazitätselement 54E ist hier beispielhaft im Wesentlichen ausgebildet wie das Wärmekapazitätselement 54C gemäß 17A und 17B, könnte aber auch im Wesentlichen gemäß einem der anderen hierin beschriebenen Wärmekapazitätselemente ausgebildet sein. Im Unterschied weist das Wärmekapazitätselement 54E einen Schlitz 542 auf. Durch den Schlitz 542 ist die Öffnung 540 entlang ihrer Länge einseitig offen. Das Wärmekapazitätselement 54E umgreift die entsprechende Stromschiene 55A-55D somit nur teilweise. Das Wärmekapazitätselement 54E bildet einen C-förmigen Abschnitt, in welchem die Stromschiene 55A-55D anordenbar (und im montierten Zustand aufgenommen) ist. Ist das Wärmekapazitätselement 54E montiert, dann ist der entsprechende Abschnitt A der Stromschiene 55A-55D durch das Wärmekapazitätselement 54E zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene 55A-55D teilweise umschlossen. Der Abschnitt A ist dann zu einem überwiegenden Teil umschlossen, und zwar zu mehr als die Hälfte seiner Mantelfläche, vorliegend auch zu mehr als zwei Drittel und auch zu mehr als drei Viertel seiner Mantelfläche. Optional ist der Schlitz 542 sehr klein ausgeführt und dient vorrangig dazu, eine Spreizung beim Einstecken der Stromschiene 55A-55D zu erlauben.
Bezugszeichenliste

1: Ladestation
2: Ladekabel
200,201: Ende
3: Ladestecker
30: Gehäuse
300, 301: Steckabschnitt
31: Gegenkontaktelement
4: Fahrzeug
5: Steckverbinderteil
50: Gehäuse
500, 501: Steckabschnitt
502: Hintere Abdeckung
51A, 51B: Steckkontakt
52: Kontaktelemente
53A, 53B: Lastleitung
530: Anschlusselement
531: Schraube
532: Mutter
54A-54E: Wärmekapazitätselement
540: Öffnung
541: Körper
542: Schlitz
55A-55D: Stromschiene
550: erster Verbindungsabschnitt
551: zweiter Verbindungsabschnitt
A: Abschnitt
E: Steckrichtung
L; L': Lastkontaktbaugruppe
M: Materialverdrängungsbereich
P: Strangpressprofil
R: Prägung
S: Stempel
V: Verpressung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016105308 A1 [0006]
DE 102019104655 A1 [0007]
EP 0668632 A2 [0008]

Claims

Lastkontaktbaugruppe (L; L`) für ein Steckverbinderteil (5), umfassend: - zumindest einen Steckkontakt (51A, 51B) zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement (31) eines Gegensteckverbinderteils (3) und - eine Stromschiene (55A-55D) mit einem ersten Verbindungsabschnitt (550), an welchem der zumindest eine Steckkontakt (51A, 51B) elektrisch leitend an der Stromschiene (55A-55D) montiert ist, und einem zweiten Verbindungsabschnitt (551) zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung (53A, 53B), dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (A) der Stromschiene (55A-55D) durch zumindest ein Wärmekapazitätselement (54A-54E) zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene (55A-55D) zumindest teilweise umschlossen ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckkontakt (51A, 51B) zum elektrischen Kontaktieren mit dem Gegenkontaktelement (31) des Gegensteckverbinderteils (3) in einer Steckrichtung (E) an das Gegenkontaktelement (31) steckbar ist, wobei das zumindest eine Wärmekapazitätselement (54A-54E) senkrecht zur Steckrichtung (E) auf die Stromschiene (55A-55D) aufgesteckt ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (A) der Stromschiene (55A-55D) mit dem zumindest einen Wärmekapazitätselement (54A, 54B) zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt (550) und dem zweiten Verbindungsabschnitt (551) der Stromschiene (55A-55D) angeordnet ist.
Lastkontaktbaugruppe (L`) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein weiteres Wärmekapazitätselement (54C, 54D), in welches die Stromschiene (55C, 55D) eingesteckt ist, wobei der erste Verbindungsabschnitt (550) zwischen dem zumindest einen Wärmekapazitätselement (54A, 54B) und dem weiteren Wärmekapazitätselement (54C, 54D) angeordnet ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (55A-55D) in einer Öffnung (540) des zumindest einen Wärmekapazitätselements (54A-54E) mit dem zumindest einen Wärmekapazitätselement (54A-54E) verpresst ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmekapazitätselement (54A-54E) derart an mehreren Verpressungen (V) mit der Stromschiene (55A-55D) verpresst ist, dass die Stromschiene (55A-55D) an den Verpressungen (V) formschlüssig im Wärmekapazitätselement (54A-54E) gehalten ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (55A, 55B) mit einem Übermaß in die Öffnung (540) des zumindest einen Wärmekapazitätselements (54A-54E) eingepresst ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wärmekapazitätselement (54A-54E) ein Abschnitt eines Strangpressprofiles (P) ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (55A-55D) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L`) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastleitung (53A, 53B) an den zweiten Verbindungsabschnitt (551) angeschlossen ist.
Lastkontaktbaugruppe (L; L') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wärmekapazitätselement (54A-54E) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst oder daraus besteht.
Steckverbinderteil (5) für ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), umfassend: - die Lastkontaktbaugruppe (L; L') nach einem der vorangehenden Ansprüche und - ein Gehäuse (50) mit einem Steckabschnitt (501) für den zumindest einen Steckkontakt (51A, 51B) zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (3).
Verfahren zur Herstellung einer Lastkontaktbaugruppe (L; L') für ein Steckverbinderteil (5), insbesondere der Lastkontaktbaugruppe (L; L') nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die folgenden Schritte in beliebiger Reihenfolge: - Montieren zumindest eines Steckkontakts (51A, 51B) elektrisch leitend an einem ersten Verbindungsabschnitt (550) einer Stromschiene (55A-55D), wobei die Stromschiene (55A-55D) einen zweiten Verbindungsabschnitt (551) zum Anschließen einer elektrischen Lastleitung (53A, 53B) aufweist; und - Einstecken der Stromschiene (55A-55D) in eine Öffnung (540) zumindest eines Wärmekapazitätselements (54A-54E) zum Aufnehmen von Wärme von der Stromschiene (55A-55D) und Verpressen mit der Öffnung (540).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wärmekapazitätselement (54A-54E) derart an mehreren Verpressungen (V) mit der Stromschiene (55A-55D) verpresst wird, dass die Stromschiene (55A-55D) an den Verpressungen (V) formschlüssig im zumindest einen Wärmekapazitätselement (54A-54E) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (55A-55D) mit einem Übermaß in die Öffnung (540) des zumindest einen Wärmekapazitätselements (54A-54E) eingepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wärmekapazitätselement (54A-54E) durch Abschneiden eines Strangpressprofils (P) hergestellt wird.