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Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Steckverbinderteil umfasst zumindest ein Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren mit einem zugeordneten Gegenkontaktelement des Gegensteckverbinderteils und einen Kontakthalter, an dem das zumindest eine Kontaktelement gehalten ist.
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Über einen Kontakthalter können ein oder mehrere Kontaktelemente beispielsweise in einem Gehäuse des Steckverbinderteils gehalten und ortsfest positioniert sein, sodass die Kontaktelemente ein Steckgesicht an einem Steckabschnitt des Steckverbinderteils ausbilden. Der Kontakthalter mit den daran angeordneten Kontaktelementen bildet hierbei eine Baugruppe aus, die in vormontierter Weise an das Gehäuse des Steckverbinderteils angesetzt werden kann, sodass sich die Montage der Kontaktelemente in dem Gehäuse erleichtert.
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Ein solches Steckverbinderteil kann insbesondere als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. In diesem Fall ist beispielsweise ein Kabel einerseits an eine Ladestation angeschlossen und trägt andererseits das Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
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Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 300 A oder gar 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können.
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Ein aus der
DE 10 2010 007 975 B4 bekanntes Ladekabel weist eine Kühlmittelleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlmittelleitung der
DE 10 2010 007 975 B4 dient hierbei zum einen zum Abführen von an einem Energiespeicher eines Fahrzeugs entstehender Verlustwärme, zudem aber auch zum Kühlen des Kabels an sich.
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Bei einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs entsteht Wärme nicht nur an dem Kabel, mit dem ein Ladestecker beispielsweise mit einer Ladestation verbunden ist, sondern auch an dem Ladestecker und insbesondere innerhalb des Ladesteckers beispielsweise an Kontaktelementen, über die ein elektrischer Kontakt mit zugeordneten Gegenkontaktelementen beispielsweise auf Seiten einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug hergestellt wird, wenn der Ladestecker in die Ladebuchse eingesteckt ist. Solche Kontaktelemente, die aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial, beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff, gefertigt sind, erwärmen sich, wenn ein Ladestrom über die Kontaktelemente fließt, wobei grundsätzlich die Kontaktelemente in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Ladestroms so zu dimensionieren sind, dass die Kontaktelemente eine hinreichende Stromtragfähigkeit aufweisen und eine Erwärmung an den Kontaktelementen begrenzt ist. Hierbei gilt, dass ein Kontaktelement , so zu dimensionieren und auszulegen ist, dass die geforderten Ströme sicher übertragen werden können.
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Einer Skalierung der Kontaktelementgröße mit steigendem Ladestrom sind jedoch aufgrund des damit einhergehenden Bauraumbedarfs, des Gewichts und der Kosten Grenzen gesetzt. Es besteht daher ein Bedürfnis danach, einen großen Ladestrom mit einem vergleichsweise klein dimensionierten Kontaktelement zu übertragen.
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Bei einem aus der
WO 2015/119791 A1 bekannten Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sind innerhalb eines Ladekabels Kühlmittelleitungen geführt, über die Wärme auch aus dem Bereich eines an das Ladekabel angeschlossenen Steckverbinderteils abgeführt werden kann.
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Bei einem aus der
US 8,835,782 bekannten Kontaktelement sind Kühlrippen an einem Schaft des Kontaktelements angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbinderteil mit einem Kontaktelement zur Verfügung zu stellen, das eine große Stromtragfähigkeit beispielsweise zur Verwendung in einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs aufweisen kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach weist der Kontakthalter einen Grundkörper und einen den Grundkörper zumindest teilweise einhüllenden Isoliermantel aus einem elektrisch isolierenden Material auf, wobei der Grundkörper zumindest einen Kanal zum Durchströmen mit einem Kühlmittel aufweist.
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Demgemäß dient der Kontakthalter zum einen zum Halten und Positionieren eines oder mehrerer Kontaktelemente zum Beispiel in einem Gehäuse des Steckverbinderteils. Beispielsweise können an dem Kontakthalter zwei Kontaktelemente in Form von sogenannten Lastkontakten zum Übertragen eines Gleichstroms gehalten sein. Ein zusätzliches Kontaktelement kann einen sogenannten PE-Kontakt zum Kontaktieren mit einem Nullleiter ausbilden. Weitere Kontaktelemente können vorgesehen sein, die als Signalkontakte zum Übertragen von Steuersignalen dienen.
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Über die Funktion des mechanischen Positionierens der Kontaktelemente hinaus dient der Kontakthalter zum anderen auch zum Kühlen insbesondere solcher Kontaktelemente, die im Betrieb große Ströme führen und an denen es folglich zu einer Erwärmung im Betrieb kommen kann. Hierzu ist in dem Grundkörper des Kontakthalters zumindest ein Kanal ausgebildet, der mit einem Kühlmittel, beispielsweise einem flüssigen Kühlmittel (zum Beispiel Wasser) oder einem gasförmigen Kühlmittel (zum Beispiel Luft), durchströmt werden kann, sodass an dem Grundkörper Wärme aufgenommen und von dem Grundkörper abtransportiert werden kann.
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Der Grundkörper ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material ausgebildet. Beispielsweise kann der Grundkörper aus einem Metallmaterial, beispielsweise Aluminium, zum Beispiel als Aluminiumdruckgussteil, gefertigt sein. Über den Grundkörper kann somit Wärme weg von den daran angeordneten Kontaktelementen geleitet und auf das den Kanal durchströmende Kühlmittel übertragen werden, sodass über das Kühlmittel Wärme von dem Kontakthalter abtransportiert werden kann.
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Der Grundkörper bildet beispielsweise eine oder mehrere Befestigungsstellen aus, an die ein oder mehrere Kontaktelemente mechanisch fest angesetzt werden können. Der beispielsweise aus Metall gefertigte Grundkörper weist hierbei eine hinreichende mechanische Stabilität auf, sodass die Kontaktelemente fest und zuverlässig über die durch den Grundkörper geschaffene Struktur an dem Kontakthalter gehalten sind.
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Um hierbei eine elektrische Isolierung der Kontaktelemente gegenüber dem Grundkörper zu schaffen, ist der Grundkörper insbesondere im Bereich seiner Befestigungsstellen durch den Isoliermantel eingehüllt, also derart überdeckt, dass die Kontaktelemente nicht unmittelbar elektrisch leitend an dem Grundkörper anliegen, sondern die Kontaktelemente über den Isoliermantel gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert sind. Sind beispielsweise zwei Kontaktelemente an dem Kontakthalter angeordnet, die Lastkontakte zum Übertragen eines Gleichstroms ausbilden, so sind diese Lastkontakte jeweils über den Isoliermantel gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert, sodass die Kontaktelemente nicht über den Grundkörper miteinander kurzgeschlossen werden.
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Darunter, dass der Isoliermantel den Grundkörper zumindest teilweise einhüllt, ist vorliegend zu verstehen, dass der Isoliermantel zumindest abschnittsweise an dem Grundkörper angeordnet ist und den Grundkörper zumindest abschnittsweise derart überdeckt, dass der Grundkörper isoliert ist. Die Einhüllung muss hierbei nicht vollständig sein. Zudem muss der Isoliermantel nicht zwingend eine Überdeckung an einer Außenseite des Grundkörpers bereitstellen, sondern kann beispielsweise auch an einer eine Befestigungsstelle für ein Kontaktelement ausbildenden Bohrung oder dergleichen angeordnet sein.
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In einer Ausgestaltung kann eine Befestigungsstelle zum Befestigen eines Kontaktelements an dem Grundkörper durch eine Bohrung in dem Grundkörper gebildet sein. Der Isoliermantel überdeckt hierbei den Grundkörper z.B. innenseitig der Bohrung, sodass der Isoliermantel den Grundkörper im Bereich der Bohrung derart isolierend einhüllt, dass das Kontaktelement elektrisch nicht mit dem Grundkörper kontaktiert. Der Isoliermantel dient somit als Isolationsschicht zwischen dem in die Bohrung eingesetzten Kontaktelement und dem Grundkörper.
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In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich der Kanal wendelförmig um eine zugeordnete Befestigungsstelle herum. Der Kanal ist hierbei in den Grundkörper eingeformt und ermöglicht, durch seinen Verlauf um die Befestigungsstelle herum, Wärme im Grundkörper dort aufzunehmen, wo sie entsteht. Aufgrund des wendelförmigen Verlaufs des Kanals um die Befestigungsstelle herum kann Wärme über das den Kanal durchströmende Kühlmittel unmittelbar an einem an die Befestigungsstelle angesetzten Kontaktelement aufgenommen und effektiv vom Kontaktelement abtransportiert werden.
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Während Lastkontakte gegenüber dem aus Metall gefertigten Grundkörper elektrisch zu isolieren sind, ist ein Kontaktelement, das zum Anschließen eines Nullleiters dient, vorzugsweise elektrisch mit dem Grundkörper kontaktiert. Dieser sogenannte PE-Kontakt ist somit unmittelbar an eine an dem Grundkörper ausgebildete Befestigungsstelle angesetzt, ohne dass der Isoliermantel den PE-Kontakt gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Beschädigung der Isolierung eines Lastkontakts gegenüber dem Grundkörper eine sichere Erdung über den PE-Kontakt erfolgt. Eine Beschädigung in der Isolierung eines Lastkontakts kann in diesem Fall zudem über eine Fehlerstromprüfung vor Beginn eines Ladevorgangs erkannt werden, sodass ein Ladevorgang gegebenenfalls gar nicht erst gestartet oder bei Auftreten einer Beschädigung unterbrochen wird.
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Der Isoliermantel ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, beispielsweise PVC oder PA66, gefertigt. Beispielsweise kann der Grundkörper zur Ausbildung des Isoliermantels zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt sein, sodass der Grundkörper zumindest abschnittsweise durch den Isoliermantel bedeckt ist und somit eine bereichsweise elektrische Isolierung des Grundkörpers bereitgestellt wird.
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Der Isoliermantel ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, der vorteilhafterweise wärmeleitfähig ist und eine große Spannungsfestigkeit bereitstellen kann. Beispielsweise kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden, das eine Spannungsfestigkeit in einem Bereich zwischen 10 kV/mm und 15 kV/mm bereitstellt. Dies ermöglicht, mit einer Wandungsstärke von zum Beispiel einigen Zehntel Millimetern eine hinreichende Isolierung der die Lastkontakte ausbildenden Kontaktelemente gegenüber dem Grundkörper zu erreichen.
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Über seine isolierende Funktion hinaus kann der Isoliermantel auch eine mechanisch tragende Funktion aufweisen. So kann der Isoliermantel beispielsweise im Bereich einer Befestigungsstelle zum Befestigen eines Kontaktelements eine Einsetzbuchse ausbilden, in die das zumindest eine Kontaktelement mit einem mit einer Lastleitung zu verbindenden Schaftabschnitt eingesetzt ist. Der Schaftabschnitt kann somit in die Einsetzbuchse hineinragen. Mit dem Schaftabschnitt wird die Lastleitung zur elektrischen Kontaktierung beispielsweise verkrimpt, wobei die Krimpstelle innerhalb der Einsetzbuchse aufgenommen sein kann.
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Der Grundkörper bildet einen Kanal aus, der im Betrieb durch ein Kühlmittel durchströmt wird, sodass Wärme an dem Grundkörper aufgenommen und von dem Grundkörper abgeleitet werden kann. In einer Ausgestaltung kann der Grundkörper beispielsweise zwei Anschlüsse aufweisen, über die ein Kühlmittel einerseits in den Kanal eingeleitet und andererseits aus dem Kanal wieder herausgeleitet werden kann. Über an die Anschlüsse angeschlossene Kühlmittelleitungen wird somit ein Kühlmittelkreislauf durch den Grundkörper bereitgestellt, über den Wärme von dem Steckverbinderteil abtransportiert werden kann.
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Die Kühlmittelleitungen sind vorzugsweise in einem mit dem Steckverbinderteil verbundenen Kabel verlegt, in dem auch ein oder mehrere Lastleitungen zur elektrischen Bestromung der Kontaktelemente des Steckverbinderteils aufgenommen sind.
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Denkbar und möglich ist auch, in dem Kühlkörper mehr als ein Kanal vorzusehen, sodass innerhalb des Grundkörpers unterschiedliche Strömungswege geschaffen werden, über die Wärme an dem Grundkörper aufgenommen werden kann. In diesem Zusammenhang ist auch denkbar, an dem Grundkörper mehr als zwei Anschlüsse vorzusehen, sodass beispielsweise auch mehr als zwei Kühlmittelleitungen an den Grundkörper angeschlossen werden können.
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In alternativer Ausgestaltung ist auch denkbar und möglich, an dem Grundkörper lediglich einen Anschluss zum Anschließen einer Kühlmittelleitung vorzusehen. In diesem Fall kann beispielsweise ein gasförmiges Fluid über den einen Anschluss in den Kanal hinein strömen und wird an anderer Stelle aus dem Kanal ausgelassen, ohne über eine Kühlmittelleitung zurück geführt zu werden.
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Der Grundkörper mit dem darin geformten Kanal kann beispielsweise durch selektives Lasersintern gefertigt sein. Unter dem selektiven Lasersintern (kurz SLS) wird ein generatives Fertigungsverfahren verstanden, bei dem räumliche Strukturen durch Sintern mit einem Laser aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff (vorzugsweise ein Metallmaterial) gefertigt werden. Das Werkstück wird hierbei Schicht für Schicht aufgebaut, sodass durch die Wirkung der Laserstrahlen eine grundsätzlich beliebige dreidimensionale Geometrie insbesondere mit einem eingeformten Kanal geschaffen werden kann.
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Ein Steckverbinderteil der hier beschriebenen Art ist beispielsweise als Ladestecker oder Ladebuchse im Rahmen eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs einsetzbar. Ein solches Steckverbinderteil kann beispielsweise an einem Ladekabel angeordnet und über das Ladekabel mit einer Ladestation verbunden sein. Ein Ladestecker dieser Art kann beispielsweise in eine Ladebuchse auf Seiten eines Elektrofahrzeugs eingesteckt werden, um Ladeströme zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug zu übertragen.
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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 eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs;
- 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers;
- 3 eine Ansicht einer Baugruppe des Steckverbinderteils, mit einem Kontakthalter und Steckabschnitten des Steckverbinderteils;
- 4 eine gesonderte Ansicht der Baugruppe des Kontakthalters;
- 5A eine Ansicht eines Grundkörpers des Kontakthalters;
- 5B die Ansicht des Grundkörpers mit einem daran angeordneten Isoliermantel;
- 6A eine rückseitige Ansicht des Grundkörpers;
- 6B die rückseitige Ansicht des Grundkörpers mit dem daran angeordneten Isoliermantel;
- 7A eine Seitenansicht des Grundkörpers;
- 7B die Seitenansicht des Grundkörpers mit dem daran angeordneten Isoliermantel;
- 8A eine perspektivische Ansicht des Grundkörpers;
- 8B die perspektivische Ansicht des Grundkörpers mit dem daran angeordneten Isoliermantel;
- 9A eine Vorderansicht des Grundkörpers;
- 9B die Vorderansicht des Grundkörpers mit dem daran angeordneten Isoliermantel;
- 10 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß 9B;
- 11 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Baugruppe eines Steckverbinderteils;
- 12 die Baugruppe gemäß 11 in einer Seitenansicht;
- 13 die Baugruppe gemäß 11 und 12 in einer Frontalansicht;
- 14 eine gesonderte Ansicht eines Kontakthalters der Baugruppe;
- 15 eine Seitenansicht des Kontakthalters;
- 16 eine Frontalansicht des Kontakthalters;
- 17 eine Draufsicht auf den Kontakthalter;
- 18 eine Ansicht eines in einem Grundkörper des Kontakthalters geformten Kanals, zusammen mit einem Isoliermantel im Bereich von Befestigungsstellen des Grundkörpers zum Befestigen von Kontaktelementen an dem Kontakthalter; und
- 19 eine gesonderte Ansicht des Kanals.
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1 zeigt eine Ladestation 1, die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Die Ladestation 1 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms zur Verfügung zu stellen und weist ein Kabel 2 auf, das mit einem Ende 201 mit der Ladestation 1 und mit einem anderen Ende 200 mit einem Steckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
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Wie aus der vergrößerten Ansicht gemäß 2 ersichtlich, weist das Steckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Steckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 40 in Form einer Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 in Eingriff gebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Ladestation 1 elektrisch mit dem Fahrzeug 4 verbunden werden, um Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 zu übertragen.
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Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 z.B. im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 200 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 350 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und auch am Steckverbinderteil 3 sowie der Ladebuchse 40 zu thermischen Verluste, die zu einem Erwärmen des Kabels 2, des Steckverbinderteils 3 und der Ladebuchse 40 führen können.
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Das Steckverbinderteil 3 weist, an seinen Steckabschnitten 300, 301, eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf. Beispielsweise können an dem Steckabschnitt 301 zwei Kontaktelemente zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms angeordnet sein, während an dem Steckabschnitt 300 Kontaktelemente zur Bereitstellung eines erdenden PE-Kontakts und von Signalkontakten zum Übertragen von Steuersignalen angeordnet sein können.
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3 bis 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe des Steckverbinderteils 3, über die Kontaktelemente 32, 33, 34 innerhalb des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 positioniert sind, sodass die Kontaktelemente 32, 33, 34 in die Steckabschnitte 300, 301 hineinragen und, bei Einstecken des Steckverbinderteils 3 in das zugeordnete Gegensteckverbinderteil 40 in Form der Ladebuchse, mit zugeordneten Gegenkontaktelementen 400 aufseiten des Gegensteckverbinderteils 40 elektrisch kontaktieren können (siehe die in 1 schematisch dargestellten Gegenkontaktelemente 400).
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Die Steckabschnitte 300, 301 sind, wie in 3 dargestellt, an einem Gehäuseteil 302 ausgebildet. An das Gehäuseteil 302 ist ein Kontakthalter 31 angesetzt, an dem, wie in 4 dargestellt, die Kontaktelemente 32, 33, 34 gehalten und somit innerhalb der Steckabschnitte 300, 301 positioniert sind.
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Der Kontakthalter 31 dient einerseits zum mechanischen Halten der Kontaktelemente 32, 33, 34 innerhalb des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3. Zum anderen weist der Kontakthalter 31 eine kühlende Funktion auf, um Wärme insbesondere an den Lastkontakte ausbildenden Kontaktelementen 32, die mit Kontaktabschnitten 320 in Form von Kontaktbuchsen innerhalb des unteren Steckabschnitts 301 zu liegen kommen und die zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms dienen, aufzunehmen und abzuleiten, sodass eine Kühlung an den Kontaktelementen 32 bereitgestellt wird.
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Wie aus den Ansichten gemäß 5A, 5B bis 9A, 9B ersichtlich, ist der Kontakthalter 31 durch einen die tragende Struktur des Kontakthalters 31 vorgebenden Grundkörper 35 und einen den Grundkörper 35 zumindest teilweise einhüllenden Isoliermantel 36 ausgebildet.
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Der Grundkörper 35 (für sich dargestellt in 5A-9A) ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Metallmaterial, beispielsweise als Aluminiumdruckgussteil, gefertigt und ist gut wärmeleitfähig.
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Der Isoliermantel 36 wird beispielsweise durch Umspritzen des Grundkörpers 35 mit einem Kunststoffmaterial gebildet. Der Isoliermantel 36 hüllt den Grundkörper 35 teilweise ein, insbesondere in solchen Bereichen, in denen eine elektrische Isolierung des Grundkörpers 35 beispielsweise gegenüber daran angeordneten Kontaktelementen 32 bereitgestellt werden soll.
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An dem Grundkörper 35 sind zwei benachbarte Befestigungsstellen 350 ausgebildet, die zur Aufnahme der die Lastkontakte ausbildenden Kontaktelemente 32 dienen und eine mechanisch feste Befestigung der Kontaktelemente 32 an dem Kontakthalter 31 ermöglichen.
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An dem Grundkörper 35 ist zudem eine Befestigungsstelle 354 zum Aufnehmen eines einen sogenannten PE-Kontakt ausbildenden Kontaktelements 33 ausgebildet.
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Sowohl die Kontaktelemente 32 als auch das Kontaktelement 33 können derart an die jeweils zugeordneten Befestigungsstellen 350, 354 angesetzt werden, dass die Kontaktelemente 32, 33 jeweils eine durch eine Rippe gebildete Befestigungsstelle 350, 354 zwischen zwei axial zueinander beabstandeten Bünden 321, 322, 330, 331 aufnehmen und somit die Kontaktelemente 32, 33 insbesondere axial an dem Kontakthalter 31 gehalten sind.
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Während die Befestigungsstellen 350 für die Kontaktelemente 32 durch eine durch den Isoliermantel 36 gebildete Ummantelung 360 umhüllt sind, liegt die Befestigungsstelle 354 frei. Sind die die Lastkontakte ausbildenden Kontaktelemente 32 somit an den Kontakthalter 31 angesetzt, so sind die Kontaktelemente 32 durch die Ummantelung 360 gegenüber dem Grundkörper 35 elektrisch isoliert. Das den PE-Kontakt ausbildende Kontaktelement 33 liegt demgegenüber unmittelbar an dem Grundkörper 35 an und ist somit elektrisch mit dem Grundkörper 35 kontaktiert.
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Die elektrische Isolierung zwischen den Kontaktelementen 32 und dem Grundkörper 35 ist notwendig, damit über den Grundkörper 35 kein elektrischer Kurzschluss zwischen den Kontaktelementen 32, über die im Ladebetrieb Ladeströme übertragen werden, geschaffen wird. Die durch die Ummantelung 360 des Isoliermantels 36 bereitgestellte Isolierung ist hierbei hinreichend spannungsfest (mit einer Durchschlagsfestigkeit >> 1000 V), beispielsweise indem der Isoliermantel 36 aus einem Kunststoff, zum Beispiel PVC oder PA66, mit einer Spannungsfestigkeit zwischen 10 kV/mm und 15 kV/mm gefertigt ist. Eine Ummantelung 360 mit einer Wandungsstärke von einigen Zehntel Millimetern ist somit bereits ausreichend, um den Grundkörper 35 im Bereich der Befestigungsstellen 350 gegenüber den die Lastkontakte ausbildenden Kontaktelementen 32 elektrisch zu isolieren.
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Durch die Ummantelung 360 an den Befestigungsstellen 350 wird zudem, wie z.B. aus 5B ersichtlich, ein Umgriff für die Kontaktelemente 32 geschaffen, der einen Winkel größer als 180° umschreibt. Bei Ansetzen an die Befestigungsstellen 350 gelangen die Kontaktelemente 32 somit formschlüssig in Verbindung mit dem Kontakthalter 31 und sind demzufolge formschlüssig an dem Kontakthalter 31 gehalten.
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Dadurch, dass das den PE-Kontakt ausbildende Kontaktelement 33 nicht gegenüber dem Grundkörper 35 elektrisch isoliert ist, wird der Grundkörper 35 in die elektrische Erdung mit einbezogen. Kommt es somit zu einer Beschädigung der Ummantelung 360 an einer der Befestigungsstellen 350 und demzufolge zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Isolierung eines der Kontaktelemente 32 gegenüber dem Grundkörper 35, kann dies durch eine Fehlerstromprüfung aufseiten der Ladestation 1 erkannt werden, sodass ein Ladevorgang gar nicht erst gestartet oder, bei bereits begonnenem Ladevorgang, wieder unterbrochen werden kann.
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Mit dem den PE-Kontakt verwirklichenden Kontaktelement 33 ist ein in dem Ladekabel 2 erstreckter Nullleiter 24 verbunden, sodass das Kontaktelement 33 über den Nullleiter 24 geerdet ist.
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Von den Befestigungsstellen 350 an dem Grundkörper 35 stehen Halbzylinderabschnitte 351 vor, an die Einsetzbuchsen 361 des Isoliermantels 36 anschließen. In die Einsetzbuchsen 361 sind die Kontaktelemente 32 mit Schaftabschnitten 323 eingesetzt, sodass Krimpstellen, über die Lastleitungen 23 an die Schaftabschnitte 323 der Kontaktelemente 32 angeschlossen sind, innerhalb der Einsetzbuchsen 361 aufgenommen sind.
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An dem Kontakthalter 31 sind des Weiteren Kontaktelemente 34 angeordnet, die Signalkontakte zum Übertragen von Steuersignalen verwirklichen. Zum Befestigen dieser Kontaktelemente 34 an dem Kontakthalter 31 bildet der Isoliermantel 36 Befestigungsstellen 356 aus (siehe insbesondere 6B), über die die Signalkontakte 34 an dem Kontakthalter 31 gehalten sind.
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Das den PE-Kontakt verwirklichende Kontaktelement 33 und die die Signalkontakte verwirklichenden Kontaktelemente 34 sind in dem oberen Steckabschnitt 300 angeordnet und kommen, bei Einstecken des Steckverbinderteils 3 in das Gegensteckverbinderteil 40, mit zugeordneten Gegenkontaktelementen 400 aufseiten des Gegensteckverbinderteils 40 in Verbindung.
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Wie beispielsweise aus 8B ersichtlich, bildet der Isoliermantel 36 zudem ein Befestigungselement 362 in Form einer Rasteinrichtung aus, über die der Kontakthalter 31 beispielsweise innerhalb des Gehäuses 30 festgelegt werden kann.
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Der Kontakthalter 31 bildet einerseits eine tragende Struktur zum Positionieren der Kontaktelemente 32, 33, 34 aus. Zudem dient er, wie gesagt, auch zur Kühlung insbesondere der die Lastkontakte ausbildenden Kontaktelemente 32. Hierzu ist an dem Grundkörper 35 ein (quaderförmiger) Körperabschnitt 355 ausgebildet, in den ein Kanal 358 eingeformt ist. Der Kanal 358 steht in Strömungsverbindung mit Anschlüssen 352, 353 in Form von an dem Grundkörper 35 ausgebildeten Ansetzstutzen, an die jeweils eine Kühlmittelleitung 21, 22 angeschlossen werden kann, sodass über die Kühlmittelleitungen 21, 22 ein Kühlmittel in den Kanal 358 eingeleitet und auch wieder aus dem Kanal 358 abgeleitet werden kann.
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Wie aus der Schnittansicht gemäß 10 ersichtlich, erstreckt sich der Kanal 358 quer in dem Körperabschnitt 355. Der Kanal 358 ist beispielsweise in Form eines Sacklochs in den als Aluminiumdruckgussteil gefertigten Grundkörper 35 eingebracht und nach außen hin über ein Schließelement 357 in Form eines Schraubelements verschlossen. Dadurch, dass der Kanal 358 in Strömungsverbindung mit den Anschlüssen 352, 353 steht, kann ein Kühlmittel (zum Beispiel ein flüssiges Kühlmittel (Wasser) oder ein gasförmiges Kühlmittel (Luft)) in eine Flussrichtung F1 in den Kanal 358 einströmen und in eine Flussrichtung F2 wieder aus dem Kanal 358 ausströmen.
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Wie schematisch in 2 dargestellt, sind die Kühlmittelleitungen 21, 22 innerhalb des Ladekabels 2 verlegt und erstrecken sich zwischen der Ladestation 1 und dem Steckverbinderteil 3. Innerhalb des Steckverbinderteils 3 sind die Kühlmittelleitungen 21, 22, wie zum Beispiel in 3 und 10 dargestellt, an die Anschlüsse 352, 353 des Grundkörpers 35 angeschlossen, der eine Umlenkung für das Kühlmittel schafft und somit ein über eine Kühlmittelleitung 21 zugeführtes Kühlmittel umlenkt und zurück durch die andere Kühlmittelleitung 22 leitet.
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Dadurch, dass die Ummantelung 360 des Isoliermantels 36 im Bereich der Befestigungsstellen 350 dünnwandig ausgebildet sein kann, kann Wärme in effektiver Weise an den Kontaktelementen 32 aufgenommen, über den aus einem gut wärmeleitfähigen Material gefertigten Grundkörper 35 geleitet und über das den Kanal 358 durchströmende Kühlmittel abgeführt werden. Mittels des Kontakthalters 31 wird somit eine effektive Kühlung an den die Lastkontakte verwirklichenden Kontaktelementen 32 bereitgestellt, mittels derer eine übermäßige Erwärmung an den Kontaktelementen 32 verhindert werden kann.
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11 bis 19 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe des Steckverbinderteils 3, über die Kontaktelemente 32, 33, 34 innerhalb des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 positioniert sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 19 ist ein Kontakthalter 31 vorgesehen, an dem die als Lastkontakte dienenden, dem unteren Steckabschnitt 301 zugeordneten Kontaktelemente 32 angeordnet und gehalten sind. Der Kontakthalter 31 dient zum einen zur mechanischen Positionierung an dem Gehäuseteil 302 des Steckverbinderteils 3, zum anderen aber auch zur elektrischen Isolierung und zum Wärmeabtransport von den Kontaktelementen 32.
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Wie zum Beispiel aus 14 ersichtlich, ist der Kontakthalter 31 durch einen Grundkörper 35 gebildet, der im Bereich von Befestigungsstellen 350 zum Anbringen der Kontaktelemente 32 an dem Kontakthalter 31 durch zwei Teilstücke eines Isoliermantels 36 eingehüllt ist. Die Befestigungsstellen 350 sind bei diesem Ausführungsbeispiel durch Bohrungen in dem aus einem Metallmaterial gefertigten Grundkörper 35 gebildet. Innerhalb dieser Bohrungen sind durch den Isoliermantel 36 geformte Einsetzbuchsen 361 angeordnet, über die die Kontaktelemente 32 an dem Kontakthalter 31 gehalten sind und die zudem eine elektrische Isolierung zwischen den Kontaktelementen 32 und dem Grundkörper 35 bereitstellen.
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An einen von dem Gehäuseteil 302 abgewandten Körperabschnitt 355 des Grundkörpers 35 sind, beidseitig des Grundkörpers 35 und jeweils einer Befestigungsstelle 350 zugeordnet, Aussparungen 359 angeformt, in die die Kontaktelemente 32 hineinragen (wenn sie an dem Kontakthalter 31 gehalten sind) und im Bereich derer elektrische Lastleitungen an die Kontaktelemente 32 angeschlossen werden. Die Aussparungen 359 schließen jeweils an die durch eine Bohrung gebildete, zugeordnete Befestigungsstelle 350 an und schaffen somit Raum rückwärtig der Befestigungsstelle 350.
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Die Lastleitungen werden hierbei über Führungsabschnitte 359A, 359B hin zu dem jeweiligen Kontaktelement 32 geführt (siehe 14), wobei jedem Kontaktelement 32 zwei Lastleitungen zugeordnet sind. Durch Verwendung zweier getrennter Lastleitungen (über die der gleiche Strom geführt wird und die auf dem gleichen Potenzial liegen) für jedes Kontaktelement 32 wird die Gesamtoberfläche der Lastleitungen für eine bessere Wärmeabfuhr vergrößert.
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In dem Grundkörper 35, der aus einem Metallmaterial, gefertigt ist, ist ein Kanal 358 geformt, wie dies in 18 und 19 dargestellt ist. Der Kanal 358 ist einstückig in den Grundkörper 35 eingeformt und erstreckt sich, in separaten Kanalabschnitten 358A, 358B, wendelförmig um die Befestigungsstellen 350 und die darin durch den Isoliermantel 36 geformten Einsetzbuchsen 361 herum, sodass Kühlmittel um die Befestigungsstellen 350 und die darin geformten Einsetzbuchsen 361 herumströmen kann, um Wärme an den Befestigungsstellen 350 und daran angesetzten Kontaktelementen 32 aufnehmen und von den Befestigungsstellen 350 abführen zu können.
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Der innerhalb des Grundkörpers 35 geformte Kanal 358 weist einen Anschluss 352 auf, der für die Zuleitung von Kühlmittel in eine Flussrichtung F1 dient (siehe 18 und 19). Von dem Anschluss 352 verzweigt sich der Kanal 358 zur Ausbildung zweier separater Kanalabschnitte 358A, 358B, die jeweils einer Befestigungsstelle 350 zugeordnet sind. Jeder Kanalabschnitt 358A, 358B weist einen eigenen Anschluss 353 auf, der als Abfluss zum Abführen des Kühlmittels in eine Flussrichtung F2 dient.
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Wie zum Beispiel schematisch in 17 dargestellt, sind an die Anschlüsse 352, 353 Flussleitungen 21, 22 angeschlossen sein, die innerhalb des Ladekabels 2 geführt sind und über die Kühlmittel zu- bzw. abgeführt wird.
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Der Grundkörper 35 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 19 ist beispielsweise durch ein selektives Lasersinterverfahren gefertigt. Beim selektiven Lasersintern, bei dem es sich um ein generatives Fertigungsverfahren handelt, wird der Grundkörper 35 Schicht für Schicht mit dem darin eingeformten Kanal 358 aus einen (Metall-)Pulvermaterial gefertigt. Grundsätzlich können mit dem selektiven Lasersintern komplexe dreidimensionale Strukturen geformt werden.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch bei gänzlich andersgearteten Ausführungsformen verwirklichen.
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Über den Kontakthalter werden ein oder mehrere Kontaktelemente an dem Steckverbinderteil gehalten. Über den Kontakthalter wird hierbei zum einen eine Positionierung innerhalb eines Gehäuses des Steckverbinderteils ermöglicht. Zum anderen wird eine Kühlung für zumindest einige der Kontaktelemente bereitgestellt.
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In dem Grundkörper des Kontakthalters können hierbei mehrere unterschiedliche Strömungskanäle ausgebildet sein, sodass ein Kühlmittel entlang unterschiedlicher Strömungswege durch den Grundkörper strömen kann. Auf diese Weise können zu kühlende Kontaktelemente in naher Lagebeziehung durch Kühlmittel umströmt werden, sodass Wärme in effektiver Weise an den Kontaktelementen aufgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Ladekabel
- 200,201
- Ende
- 21,22
- Kühlmittelleitung
- 23
- Lastleitung
- 24
- Nullleiter
- 3
- Ladestecker
- 30
- Gehäuse
- 300, 301
- Steckabschnitt
- 302
- Gehäuseteil
- 31
- Kontakthalter
- 32
- Kontaktelement (Lastkontakt)
- 320
- Kontaktabschnitt (Buchse)
- 321,322
- Bund
- 323
- Schaftabschnitt
- 33
- PE-Kontakt
- 330, 331
- Bund
- 34
- Signalkontakt
- 35
- Grundkörper
- 350
- Befestigungsstelle
- 351
- Halbzylinderabschnitt
- 352, 353
- Anschluss (Ansetzstutzen)
- 354
- Ansetzstelle
- 355
- Körperabschnitt
- 356
- Befestigungsstelle
- 357
- Schließelement
- 358
- Kanal
- 358A, 358B
- Kanalabschnitt
- 359
- Aussparung
- 359A, 359B
- Führungsabschnitt
- 36
- Isoliermantel
- 360
- Ummantelung
- 361
- Einsetzbuchse
- 362
- Befestigungselement
- 4
- Fahrzeug
- 40
- Ladebuchse
- 400
- Gegenkontaktelement
- F1, F2
- Flussrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007975 B4 [0006]
- WO 2015/119791 A1 [0009]
- US 8835782 [0010]
