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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 solches Steckverbinderteil umfasst ein Gehäuse, einen an dem Gehäuse angeordneten Steckabschnitt zum steckenden Verbinden mit dem Gegensteckverbinderteil, zumindest ein an dem Steckabschnitt angeordnetes elektrisches Kontaktelement zum Übertragen eines Stroms zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil und ein an dem zumindest einen Kontaktelement angeordnetes Kühlelement zum Kühlen des zumindest einen Kontaktelements.
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Ein solches Steckverbinderteil kann z.B. als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. Eine solche Ladebuchse ist beispielswiese an einem Fahrzeug angeordnet und kann steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil in Form eines Ladesteckers an einem an eine Ladestation angeschlossenen Kabel verbunden werden, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
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Ladeströme können 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 Kühlleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlleitung der
DE 10 2010 007 975 B4 dient 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 an einer Ladebuchse, in die der Ladestecker eingesteckt ist. Wärme entsteht hierbei insbesondere an Kontaktelementen beispielsweise der Ladebuchse, über die ein elektrischer Kontakt mit zugeordneten Gegenkontaktelementen beispielsweise auf Seiten eines Ladesteckers 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 umso größer zu dimensionieren ist, je größer der zu übertragende Ladestrom ist.
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Einer Skalierung der Kontaktelementgröße mit steigendem Ladestrom sind jedoch nicht nur aufgrund des damit einhergehenden Bauraumbedarfs, des Gewichts und der Kosten Grenzen gesetzt, sondern zudem bestehen auch normative Vorgaben für die Dimensionierung der Kontaktelemente, die eine Skalierung ausschließen. 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 5,909,099 bekannten Ladesystem werden Ladeströme transformatorisch über einen in einem Steckverbinderteil angeordneten Kern übertragen. In dem Kern kann eine Wärmeleitung zum Abführen von Wärme erstreckt sein.
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Bei einem aus der
DE 10 2016 105 361 A1 bekannten Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers sind an Kontaktelementen in Form von Lastkontakten zum Übertragen eines Gleichstroms Kühlelemente zum Kühlen der Kontaktelemente angeordnet. Die Kühlelemente werden mit einem gasförmigen Kühlmittel umströmt, um auf diese Weise Wärme von den Kontaktelementen abzutransportieren.
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Aus der
DE 10 2015 101 140 A1 ist eine Ladestation bekannt, die eine Halteeinrichtung zum Halten eines Ladesteckers in einer Parkposition aufweist. Die Ladestation umfasst eine Kühleinrichtung in Form eines Lüfters zum Kühlen des Ladesteckers in der Parkposition.
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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 das Steckverbinderteil eine Lüftereinrichtung zum Erzeugen eines Luftstroms an dem Kühlelement auf.
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Das Steckverbinderteil kann beispielsweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Das Steckverbinderteil kann hierbei zum Beispiel als Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug oder als über ein Ladekabel mit einer Ladestation verbundener Ladestecker ausgebildet sein und dient zum Übertragen eines Ladestroms hin zu dem Elektrofahrzeug, um Batterien des Elektrofahrzeugs aufzuladen.
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Um bei einem solchen Steckverbinderteil eine Kühlung an den Kontaktelementen des Steckverbinderteils zur Verfügung zu stellen, weist das Steckverbinderteil ein Kühlelement auf, das so zu den Kontaktelementen angeordnet ist, dass Wärme von den Kontaktelementen in das Kühlelement eingeleitet und über das Kühlelement abgeleitet werden kann, sodass über das Kühlelement eine Kühlung an den Kontaktelementen bereitgestellt wird.
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Um hierbei Wärme effizient vom Kühlelement abzutransportieren, ist die Lüftereinrichtung vorgesehen, die einen Luftstrom erzeugt, der das Kühlelement umströmt oder durchströmt und somit Wärme an dem Kühlelement aufnimmt und von dem Kühlelement abtransportiert. Über die Lüftereinrichtung wird somit eine Luftkühlung an dem Kühlelement für einen effizienten Wärmeabtransport vom Kühlelement und somit von den Kontaktelementen bereitgestellt.
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Die Lüftereinrichtung stellt eine aktive Luftkühlung an den Kühlelementen zur Verfügung. Hierzu kann die Lüftereinrichtung beispielsweise ein um eine Drehachse drehbares Lüfterrad zum Erzeugen des Luftstroms aufweisen. Das Lüfterrad kann beispielsweise über eine elektromotorische Antriebseinrichtung, die Bestandteil des Steckverbinderteils ist, angetrieben und somit in eine Drehbewegung versetzt werden, um zum Beispiel über an dem Lüfterrad angeordnete Schaufeln den Luftstrom zu erzeugen.
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In einer Ausgestaltung ist die Lüftereinrichtung als Radiallüfter ausgebildet. An dem Lüfterrad sind entsprechend Schaufeln angeordnet, die einen Luftstrom in eine radial zur Drehachse des Lüfterrads gerichtete Strömungsrichtung bewirken und Luft beispielsweise radial von innen nach außen befördern. Der so erzeugte Luftstrom strömt an dem Kühlelement vorbei, nimmt dabei Wärme an dem Kühlelement auf und transportiert somit Wärme von dem Kühlelement weg, sodass eine übermäßige Erwärmung an den Kontaktelementen vermieden wird.
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In alternativer Ausgestaltung kann die Lüftereinrichtung auch als Axiallüfter ausgestaltet sein, mittels dessen ein axial zur Drehachse gerichteter Luftstrom erzeugt wird.
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In einer Ausgestaltung weist die Lüftereinrichtung ein Lüftergehäuse auf, das eine erste Strömungsöffnung und eine zweite Strömungsöffnung aufweist. Im Betrieb erzeugt die Lüftereinrichtung einen Luftstrom von der ersten Strömungsöffnung, die somit als Einlass dient, hin zur zweiten Strömungsöffnung, die somit als Auslass dient, sodass Luft durch die erste Strömungsöffnung angesogen und über die zweite Strömungsöffnung hin zum Kühlelement befördert wird, um das Kühlelement mit Luft zu umströmen und somit Wärme an dem Kühlelement aufzunehmen.
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Das Kühlelement ist vorzugsweise im Bereich der zweiten Strömungsöffnung und somit ausgangsseitig der Lüftereinrichtung angeordnet, sodass der von der Lüftereinrichtung erzeugte Luftstrom auf das Kühlelement trifft, das Kühlelement umströmt und dadurch Wärme an dem Kühlelement aufnimmt.
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In einer Ausgestaltung wirkt die Lüftereinrichtung mit einem Luftkühler zusammen, der zum Kühlen von durch die Lüftereinrichtung geförderter Luft dient. Ein solcher Luftkühler kann beispielsweise Leitungen aufweisen, die mit einem (flüssigen) Kühlmittel durchströmt werden und beispielsweise mit einem Kühlkreis in einem Fahrzeug in Verbindung stehen. Der Luftkühler bildet eine Strömungsöffnung aus, durch die hindurch Luft hin zur Lüftereinrichtung befördert und dabei gekühlt wird. Durch Vorsehen eines solchen zum Beispiel im Bereich der ersten Strömungsöffnung der Lüftereinrichtung angeordneten Luftkühlers kann die Effizienz der Kühlung der Kontaktelemente verbessert werden, indem das Kühlelement mit gekühlter Luft umströmt wird und somit Wärme effizient an dem Kühlelement aufgenommen und abtransportiert werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist das Kühlelement einen Körper und zumindest eine in dem Körper geformte, beispielsweise zylindrische Aufnahmeöffnung auf. Weist das Steckverbinderteil mehrere Kontaktelemente auf, so sind in dem Körper vorzugsweise entsprechend viele Aufnahmeöffnungen geformt, wobei in jeder Aufnahmeöffnung ein Kontaktelement aufgenommen ist. Das Kühlelement fasst die zu kühlenden Kontaktelemente des Steckverbinderteils somit abschnittsweise ein, sodass Wärme in günstiger Weise von den Kontaktelementen in das Kühlelement eingeleitet werden kann.
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Vorzugsweise sind die Kontaktelemente hierbei in den zugeordneten Aufnahmeöffnungen abgedichtet. So ist beispielsweise ein Übergang zwischen einer mit einem zugeordneten Kontaktelement verbundenen elektrischen Leitung und dem Körper des Kühlelements über ein geeignetes Dichtelement feuchtigkeitsdicht abgedichtet, sodass die dem Kontaktelement zugeordnete Aufnahmeöffnung feuchtigkeitsdicht nach außen hin verschlossen ist und somit Feuchtigkeit nicht ohne weiteres in die Aufnahmeöffnung eindringen kann. Ein solches Dichtelement kann beispielsweise als O-Ring ausgestaltet sein und sich um die Leitung herum erstrecken, sodass die Leitung umfänglich gegenüber dem Körper des Kühlelements in der Aufnahmeöffnung abgedichtet ist.
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In einer Ausgestaltung weist das zumindest eine Kontaktelement des Steckverbinderteils einen Schaftabschnitt auf, der mit dem Kühlelement zum Ableiten von Wärme in Verbindung steht und hierzu zum Beispiel in der Aufnahmeöffnung des Körpers des Kühlelements angeordnet ist. An den Schaftabschnitt kann beispielsweise eine elektrische Leitung angeschlossen sein. Mit einem dem Schaftabschnitt abgewandten Ende liegt das jeweilige Kontaktelement zum Beispiel in dem Steckabschnitt des Steckverbinderteils ein und bildet an diesem Ende beispielsweise einen Kontaktabschnitt in Form eines Kontaktstifts oder einer Kontaktbuchse zum elektrischen Kontaktieren mit einem entsprechenden, komplementären Gegenkontaktelement auf Seiten des Gegensteckverbinderteils aus.
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Über den Schaftabschnitt wird Wärme von dem Kontaktelement in das Kühlelement eingeleitet. Hierzu steht der Schaftabschnitt so mit dem Kühlelement in Verbindung, dass Wärme in effizienter Weise von dem Kontaktelement auf das Kühlelement übertragen werden kann. Beispielsweise kann der Schaftabschnitt mit einem Presssitz in einer zugeordneten Aufnahmeöffnung des Kühlelements einliegen, sodass eine flächige, pressende Verbindung zwischen dem Schaftabschnitt und den Kühlelement besteht.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine Zwischenlage zwischen dem Schaftabschnitt und dem Kühlelement bestehen, gebildet beispielsweise durch eine aus einem gut wärmeleitfähigen Material gefertigte, elastische Hülse oder durch eine Verfüllung mit einem wärmeleitenden Werkstoff. Über eine solche Zwischenlage kann ein Luftspalt zwischen dem Schaftabschnitt des Kontaktelements und einer inneren Wandung der zugeordneten Aufnahmeöffnung des Kühlelements überbrückt werden, sodass ein effizienter Wärmeeintrag vom Kontaktelement in das Kühlelement erreicht werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist das Kühlelement eine Mehrzahl von Kühlrippen auf, die im Betrieb der Lüftereinrichtung von dem durch die Lüftereinrichtung erzeugten Luftstrom umströmt werden. Die Kühlrippen erstrecken sich vorzugsweise parallel zueinander entlang von senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung der Kontaktelemente gerichteten Ebenen. Im Betrieb strömt der Luftstrom zwischen den die Oberfläche des Kühlelements vergrößernden Kühlrippen hindurch und umströmt somit das Kühlelement, wodurch Wärme an dem Kühlelement aufgenommen und vom Kühlelement abtransportiert wird.
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Der Luftstrom ist hierbei vorzugsweise senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Kontaktelemente und somit parallel zu den Ebenen der Kühlrippen gerichtet.
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In einer Ausgestaltung ist das Kühlelement aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial oder aus einem Keramikmaterial gefertigt. Beispielsweise kann das Kühlelement aus einem hochgefüllten thermoplastischen Kunststoff gefertigt sein, also einem Thermoplast, der durch die Zugabe von einem die thermische Leitfähigkeit verbessernden Werkstoff, zum Beispiel einen Aluminiumoxidpulver, modifiziert ist. Das Kühlelement ist auf diese Weise elektrisch isolierend und zudem thermisch gut leitfähig, sodass Wärme in effizienter Weise an den Kontaktelementen des Steckverbinderteils aufgenommen und von den Kontaktelementen abgeleitet werden kann.
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In einer Ausgestaltung ist das Kühlelement gegenüber dem Gehäuse abgedichtet, beispielsweise durch Verwendung eines Dichtelements, das zwischen dem Kühlelement und dem Gehäuse angeordnet ist und somit einen Übergang zwischen dem Kühlelement und dem Gehäuse feuchtigkeitsdicht abdichtet. Feuchtigkeit kann somit nicht von außen insbesondere in den Bereich der Aufnahmeöffnungen des Kühlelements gelangen, sodass die elektrische Isolierung der Kontaktelemente des Steckverbinderteils nicht beeinträchtigt wird.
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Um den Luftstrom im Bereich des Kühlelements in günstiger Weise zu leiten, kann das Steckverbinderteil ein Leitgehäuse aufweisen, das das Kühlelement zumindest teilweise einfasst. Mittels des Leitgehäuses kann insbesondere sichergestellt werden, dass das Kühlelement in gewünschter Weise umströmt wird und Wärme großflächig am Kühlelement aufgenommen werden kann. Insbesondere kann das Leitgehäuse den von der Lüftereinrichtung erzeugten und dem Kühlelement zugeführten Luftstrom so leiten, dass der an der zweiten Strömungsöffnung des Lüftergehäuses der Lüftereinrichtung austretende Luftstrom durch das Kühlelement hindurchströmt und dabei die Kühlrippen des Kühlelements umströmt, um Wärme an den Kühlrippen aufzunehmen.
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Das Steckverbinderteil ist vorzugsweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs und kann beispielsweise als Ladebuchse auf Seiten eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein. Das Steckverbinderteil kann aber auch durch einen Ladestecker, der zum Beispiel über ein Ladekabel mit einer Ladestation verbunden ist, verwirklicht sein. Über ein solches Steckverbinderteil können Ladeströme in Form eines Gleichstroms oder in Form eines Wechselstroms übertragen werden, wobei durch das Kühlelement und die Lüftereinrichtung eine übermäßige Erwärmung an dem Steckverbinderteil verhindert oder die Erwärmung zumindest verlangsamt wird.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht einer Ladestation mit einem daran angeordneten Kabel;
- 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers;
- 3 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs;
- 4 eine andere Ansicht des Steckverbinderteils;
- 5 eine Schnittansicht durch das Steckverbinderteil;
- 6 eine vergrößerte Ansicht im Ausschnitt A gemäß 5;
- 7 eine vergrößerte Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in einem dem Ausschnitt gemäß 6 entsprechenden Ausschnitt;
- 8 eine Ansicht von Kontaktelementen an einem Kühlelement des Steckverbinderteils;
- 9 eine Explosionsansicht der Anordnung gemäß 8;
- 10 eine rückseitige Ansicht des Steckverbinderteils;
- 11 eine Teilschnittansicht durch das Steckverbinderteil; und
- 12 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils, mit einem einer Lüftereinrichtung zugeordneten Luftkühler.
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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 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 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 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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Ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 5 in Form einer Ladebuchse zeigen 3 und 4. Das Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse weist ein Gehäuse 50 auf, an dem Steckabschnitte 500, 501 ausgebildet sind, die steckend mit den Steckabschnitten 300, 301 des Gegensteckverbinderteils 3 in Form des Ladesteckers in Eingriff gebracht werden können (siehe 2). An einem ersten, oberen Steckabschnitt 500 sind hierbei beispielsweise fünf Kontaktelemente 52 in Form von Lastkontakten zum Übertragen eines (mehrphasigen) Wechselstroms und zusätzlich ein oder zwei Signalkontakte angeordnet. An einem zweiten, unteren Steckabschnitt 501 sind demgegenüber zwei Kontaktelemente 51 zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms angeordnet.
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Das Gegensteckverbinderteil 3 in Form des Ladesteckers kann in eine Einsteckrichtung E steckend mit dem Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse in Eingriff gebracht werden. In eingesteckter Stellung kontaktieren Kontaktelemente 31 an den Steckabschnitten 300, 301 mit den Kontaktelementen 51, 52 der Steckabschnitte 500, 501 des Steckverbinderteils 5, sodass Ladeströme zum Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 fließen können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 sind die Kontaktelemente 51 an von dem Steckabschnitt 501 abgewandten Enden jeweils mit einer Lastleitung 53 verbunden, über die im Betrieb ein Ladestrom zu den Kontaktelementen 51 geführt wird. Wie aus der Schnittansicht gemäß 5 ersichtlich, sind diese Lastleitungen 53 jeweils mit einem abisolierten Leiterende 530 in einen Schaftabschnitt 510 des zugeordneten Kontaktelements 51 eingesteckt und auf diese Weise elektrisch mit dem jeweils zugeordneten Kontaktelement 51 kontaktiert.
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Jedes Kontaktelement 51 weist eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf, mit einem zylindrischen Schaftabschnitt 510, über den die Verbindung mit der zugeordneten Lastleitung 53 hergestellt wird, und einem in den Steckabschnitt 501 hineinragenden Kontaktstift 511, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem zugeordneten Gegenkontaktelement 31 auf Seiten des Gegensteckverbinderteils 3 dient. Eine jede Lastleitung 53 greift mit einem abisolierten Leiterende 530 in den Schaftabschnitt 510 des jeweils zugeordneten Kontaktelements 51 ein und ist darüber elektrisch an das Kontaktelement 51 angeschlossen.
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Werden Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 übertragen und fließen solche Ladeströme über die Kontaktelemente 51 des Steckverbinderteils 5, so kommt es zu einer Erwärmung an den Kontaktelementen 51. Um der Erwärmung an den Kontaktelementen 51 entgegenzuwirken, ist an den Kontaktelementen 51 ein Kühlelement 54 angeordnet, das einen Körper 540 und in dem Körper 540 geformte zylindrische Aufnahmeöffnungen 541 aufweist. Ein jedes Kontaktelement 51 liegt mit seinem Schaftabschnitt 510, wie dies insbesondere aus den Schnittansichten gemäß 5 und 6 ersichtlich ist, in einer zugeordneten Aufnahmeöffnung 541 ein derart, dass Wärme von dem Kontaktelement 51 über den Schaftabschnitt 510 in das Kühlelement 54 eingeleitet und somit über das Kühlelement 54 abgeleitet werden kann.
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Bei einem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Schaftabschnitt 510 eines jeden Kontaktelements 51 mit einem Presssitz in der jeweils zugeordneten Aufnahmeöffnung 541 des Körper 540 des Kühlelements 54 ein, sodass eine flächige Anlage zwischen dem Schaftabschnitt 510 und dem Körper 540 des Kühlelements 54 besteht und somit Wärme in effizienter Weise in das Kühlelement 54 eingeleitet werden kann.
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Bei einem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht demgegenüber zwischen dem Schaftabschnitt 510 des jeweiligen Kontaktelements 51 und der zugeordneten Aufnahmeöffnung 541 des Kühlelements 54 eine Zwischenlage 56, die beispielsweise durch eine in die Aufnahmeöffnung 541 eingesetzte, elastische, wärmeleitende Hülse oder durch eine Verfüllung mit einem wärmeleitenden Werkstoff gebildet sein kann. Über die Zwischenlage 56 wird ein Luftspalt zwischen dem Schaftabschnitt 510 und der inneren Wandung der Aufnahmeöffnung 541 überbrückt und somit ein gut wärmeleitender Übergang zwischen dem Schaftabschnitt 510 und dem Körper 540 des Kühlelements 54 erhalten.
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Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 als auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind die Lastleitungen 53 über Dichtelemente 544 in Form von O-Ringen (siehe 9) gegenüber dem Körper 540 des Kühlelements 54 abgedichtet, sodass die Aufnahmeöffnungen 541 feuchtigkeitsdicht nach außen verschlossen sind und Feuchtigkeit nicht von außen in die Aufnahmeöffnungen 541 eindringen kann.
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Zudem sind die Kontaktelemente 51 über Dichtelemente 512 gegenüber dem Gehäuse 50 des Steckverbinderteils 5 abgedichtet, und das Kühlelement 54 ist über ein stirnseitiges Dichtelement 543 gegenüber dem Gehäuse 50 abgedichtet. Feuchtigkeit kann somit nicht in die Aufnahmeöffnungen 541 hinein gelangen, sodass die elektrische Isolierung der Kontaktelemente 51 voneinander nicht durch Feuchtigkeit beeinträchtigt werden kann.
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Das Kühlelement 54 weist, sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, Kühlrippen 542 auf, die sich um den Körper 540 herum quer zu einer Längserstreckungsrichtung der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Schaftabschnitte 510 der Kontaktelemente 51 erstrecken und zur Vergrößerung der Oberfläche an dem Kühlelement 54 dienen, wie dies aus den gesonderten Ansichten des Kühlelements 54 zusammen mit den Kontaktelementen 51 gemäß 8 und 9 ersichtlich ist. Die Kühlrippen 542 sind entlang der Längserstreckungsrichtung zueinander beabstandet und bilden somit Zwischenräume, durch die hindurch Luft strömen kann, um Wärme an dem Kühlelement 54 aufzunehmen und von dem Kühlelement 54 abzuleiten.
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Zur Erzeugung eines Luftstroms weist das Steckverbinderteil 5 eine Lüftereinrichtung 55 in Form eines Radiallüfters auf, der dazu dient, einen Luftstrom zum Umströmen des Kühlelements 54 zu erzeugen, sodass das Kühlelement 54 im Betrieb mit Luft umströmt wird und somit eine Luftkühlung an dem Kühlelement 54 bereitgestellt wird.
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Die Lüftereinrichtung 55 weist, wie aus 4 in Zusammenschau mit 10 und 11 ersichtlich ist, ein Lüfterrad 551 auf, das um eine Drehachse D drehbar in einem Gehäuse 550 der Lüftereinrichtung 55 gelagert ist und im Betrieb über eine elektromotorische Antriebseinrichtung 553 (nicht im Einzelnen in den Figuren dargestellt) angetrieben wird, sodass das Lüfterrad 551 sich um seine Drehachse D dreht und dadurch einen Luftstrom hin zu dem Kühlelement 54 erzeugt.
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Das Lüfterrad 551 weist Schaufeln 555 auf, die umfänglich gleichverteilt an dem Lüfterrad 551 geformt sind und bei einer Drehbewegung des Lüfterrads 551 einen radial gerichteten Luftstrom erzeugen. Im Betrieb wird Luft durch eine einen Einlass verwirklichende, erste Strömungsöffnung 552 des Lüftergehäuses 550 angesogen und durch das Lüfterrad 551 radial nach außen in das Lüftergehäuse 550 transportiert und durch das Lüftergehäuse 550 hin zum Kühlelement 54 geleitet, sodass ein Luftstrom F entsteht, der durch eine einen Auslass bildende, zweite Strömungsöffnung 554 des Lüftergehäuses 550 in den Bereich des Kühlelements 54 strömt, wie dies in 11 dargestellt ist.
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Im Bereich des Kühlelements 54 wird der Luftstrom F durch ein das Kühlelement 54 teilweise einfassendes Leitgehäuse 57 so geleitet, dass der Luftstrom F zwischen den Kühlrippen 542 des Kühlelements 54 hindurchströmt und an einer Auslassöffnung 570 des Leitgehäuses 57 an einer der Lüftereinrichtung 55 abgewandten Seite aus dem Kühlelement 54 austritt. Die Kühlrippen 542 sind somit mit Luft umströmt, sodass über den Luftstrom F Wärme an den Kühlrippen 542 aufgenommen und von den Kühlrippen 542 abgeleitet werden kann.
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Ein Ladevorgang für ein Elektrofahrzeug 4 kann beispielsweise in der Größenordnung von einer Stunde, unter Umständen auch deutlich schneller als eine Stunde, beispielsweise in einer Größenordnung zwischen 10 Minuten und 30 Minuten dauern. Während das Steckverbinderteil 3 in Form des Ladesteckers unter Umständen einer Vielzahl von Ladevorgängen nacheinander ausgesetzt ist, wird in der Regel eine Zeit vergehen, bis das Elektrofahrzeug 4 erneut aufzuladen ist und das Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 erneut mit Ladeströmen beaufschlagt ist. Durch geeignete Dimensionierung des Kühlelements 54 und der Lüftereinrichtung 55 kann somit verhindert werden, dass während der Dauer eines Ladevorgangs es an dem Steckverbinderteil 5 in Form der Ladebuchse zu einer übermäßigen Erwärmung kommen kann, beispielsweise zu einer Erwärmung jenseits von 50 K. Durch das Vorsehen des Kühlelements 54 und der Lüftereinrichtung 55 wird das Erwärmen der Kontaktelemente 51 verzögert, indem eine Wärmeabfuhr an den Kontaktelementen 51 bereitgestellt wird, sodass innerhalb eines üblichen Ladevorgangs eine maximal zulässige Erwärmung an den Kontaktelementen 51 nicht überschritten werden kann.
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Um die Effizienz der Kühlung an den Kontaktelementen 51 weiter zu verbessern, ist bei dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der den Einlass bildenden, ersten Strömungsöffnung 552 des Gehäuses 550 der Lüftereinrichtung 55 ein Luftkühler 58 angeordnet, der über Leitungen 581 zum Beispiel mit einem Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs 4 in Verbindung steht und somit an den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs 4 angeschlossen ist. Der Luftkühler 58 weist eine Strömungsöffnung 580 auf, im Bereich derer sich Kühlstreben 582 erstrecken, die selbst von Kühlmittel durchflossen sind oder zumindest mit den Kühlleitungen 581 so in Verbindung stehen, dass die Kühlstreben 582 über die Kühlleitungen 581 und das in den Kühlleitungen 581 strömende (flüssige) Kühlmittel gekühlt werden.
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Saugt die Lüftereinrichtung 55 im Betrieb durch ihre erste Strömungsöffnung 552 Luft an, so strömt diese durch die Strömungsöffnung 580 des Luftkühlers 58 und wird dabei gekühlt, bevor sie in die Lüftereinrichtung 55 eintritt. Die dem Kühlelement 54 zugeführte Luft ist somit gekühlt, sodass die Kühlung am Kühlelement 54 weiter verbessert ist.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in gänzlich andersgearteter Weise verwirklichen.
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Ein Steckverbinderteil der beschriebenen Art kann eine Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug verwirklichen, kann aber auch zum Beispiel einen über ein Ladekabel mit einer Ladestation verbundenen Ladestecker ausbilden.
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Darüber hinaus kann ein solches Steckverbinderteil auch unabhängig von einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zum Einsatz kommen.
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Über ein solches Steckverbinderteil können Lastströme in Form eines Gleichstroms oder in Form eines Wechselstroms übertragen werden. Über das Kühlelement und die Lüftereinrichtung kann an Kontaktelementen dabei eine Kühlung bereitgestellt werden, sodass im Betrieb des Steckverbinderteils eine übermäßige Erwärmung an dem Steckverbinderteil vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Ladekabel
- 200,201
- Ende
- 3
- Gegensteckverbinderteil (Ladestecker)
- 30
- Gehäuse
- 300, 301
- Steckabschnitt
- 31
- Gegenkontaktelement
- 4
- Fahrzeug
- 5
- Steckverbinderteil (Ladebuchse)
- 50
- Gehäuse
- 500, 501
- Steckabschnitt
- 51
- Kontaktelement
- 510
- Schaftabschnitt
- 511
- Kontaktstift
- 512
- Dichtelement
- 52
- Kontaktelement
- 53
- Leitung
- 530
- (Abisoliertes) Leitungsende
- 54
- Kühlelement
- 540
- Körper
- 541
- Aufnahmeöffnung
- 542
- Kühlrippe
- 543
- Dichtelement
- 544
- Dichtelement
- 55
- Lüftereinrichtung
- 550
- Lüftergehäuse
- 551
- Lüfterrad
- 552
- Strömungsöffnung
- 553
- Antriebseinrichtung
- 554
- Strömungsöffnung
- 555
- Schaufeln
- 56
- Zwischenlage
- 57
- Leitgehäuse
- 570
- Auslassöffnung
- 58
- Luftkühler
- 580
- Strömungsöffnung
- 581
- Kühlleitung
- 582
- Kühlstrebe
- D
- Drehachse
- E
- Einsteckrichtung
- F
- Luftstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007975 B4 [0005]
- WO 2015/119791 A1 [0008]
- US 5909099 [0009]
- DE 102016105361 A1 [0010]
- DE 102015101140 A1 [0011]
