EP2104183A1

EP2104183A1 - Elektrische Verbindungseinrichtung und Verbinder

Info

Publication number: EP2104183A1
Application number: EP08152900A
Authority: EP
Inventors: Robert Sacher; Wolfgang Knapp
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-09-23
Also published as: KR101520969B1; CN101540448B; JP5350033B2; JP2009224333A; US20090239408A1; RU2481680C2; KR20090100252A; RU2009109695A; US7641506B2; CN101540448A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung (1;20), insbesondere eine Hochstrom-Steckverbindung, mit einem ersten Verbinder (2;21) und einem zweiten Verbinder (3;22), die jeweils ein Kontaktierungselement (4, 6; 25,29) aufweisen, um im verbundenen Zustand der Verbinder eine elektrische Verbindung herzustellen; wobei die Verbinder (2; 21, 3;22) im verbundenen Zustand an einem Verbindungsbereich aneinander anliegen; wobei mindestens einer der Verbinder (2; 21, 3; 22) eine Kühlmittelleitung (8; 27, 28) mit einem oder mehreren Zugängen (9,10)zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels umfasst; wobei die Kühlmittelleitung (8; 27, 28) an dem Kontaktierungselement vorgesehen ist, um Wärme von einer Kontaktstelle zwischen den Kontaktierungselementen (4, 6; 24, 29) abzuführen; wobei alle Zugänge (9, 10) der Kühlmittelleitung (8; 27, 28) außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungseinrichtung und einen Verbinder, insbesondere zum Herstellen von elektrischen Verbindungen zum Führen hoher Ströme.

Stand der Technik

Elektrische Steckverbindungen werden vielfach verwendet. Sie ermöglichen das Anschließen von elektrischen Geräten oder Baugruppen durch manuelles Zusammenfügen von zueinander komplementären Verbindungselementen. Damit das Zusammenfügen ohne großen Kraftaufwand durchgeführt werden kann, werden die notwendigen Steckkräfte möglichst gering ausgelegt. Dies führt jedoch dazu, dass die Kontaktkraft in derartigen Steckverbindungen niedriger ist, als es beispielsweise bei Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen der Fall ist.
Eine geringere Kontaktkraft in Steckverbindungen führt zu einem höheren Übergangswiderstand an der Kontaktstelle, an der bei einem Stromfluss aufgrund des Spannungsabfalls Verlustleistung entsteht. Diese führt zu einer Erwärmung an der Kontaktstelle der Steckverbindung, die zu einer beschleunigten Kontaktdegradation durch eine Oxidation oder Gefügeveränderung der verwendeten Kontaktmaterialien und letztlich zu einer thermischen Zerstörung der Kontakte führen kann.
Eine Möglichkeit, die Nachteile einer zu starken Erwärmung der Kontaktstelle zu vermeiden, besteht in einer Kühlung des Steckverbinders. Beispielsweise ist in der Druckschrift US 2006/035488 ein luftgekühlter Stecker angegeben, der die Erwärmung der Kontaktstelle reduzieren soll. Der Stecker weist Kühllamellen auf, die mit den Kontakten in thermischer Verbindung stehen. Nachteilig ist, dass die Kühllamellen sich einerseits negativ auf die Baugröße des Steckers auswirken und andererseits eine Isolierung des Steckers erschweren.
Eine bessere Kühlung der Kontaktstelle wird erreicht, wenn die Steckverbindung mit einem flüssigen Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, gekühlt wird. Aus der Druckschrift EP 0 401 640 ist eine solche flüssigkeitsgekühlte Steckverbindung mit komplementären Verbindungselementen bekannt. Beim Zusammenfügen wird sowohl eine elektrische Verbindung als auch eine Kühlmittelverbindung zwischen den Verbindungselementen geschaffen. Die Kühlmittelverbindung besteht im verbundenen Zustand als Kühlmittelleitung durch die Steckverbindung hindurch.
Ein Nachteil ist jedoch, dass beim Auftrennen der Steckverbindung neben dem Strompfad auch der Kühlmittelkanal geöffnet wird, so dass vor dem Auftrennen das flüssige Kühlmittel entfernt werden muss.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verbindungseinrichtung vorzusehen, die eine ausreichende Kühlung an einer Kontaktstelle eines Verbinders aufweist, einen geringen Platzbedarf hat und ohne vorbereitende Maßnahmen zusammengefügt und aufgetrennt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungseinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Verbinder gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Verbindungseinrichtung, insbesondere eine Hochstrom-Steckverbindung, vorgesehen. Die Verbindungseinrichtung umfasst einen ersten Verbinder und einen zweiten Verbinder, die jeweils ein Kontaktierungselement aufweisen, um im verbundenen Zustand der Verbinder eine elektrische Verbindung herzustellen. Die Verbinder liegen im verbundenen Zustand an einem Verbindungsbereich aneinander an. Mindestens einer der Verbinder umfasst eine Kühlmittelleitung mit einem oder mehreren Zugängen zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels. Die Kühlmittelleitung ist mit dem Kontaktierungselement gekoppelt, um Wärme von einer Kontaktstelle zwischen den Kontaktierungselementen abzuführen. Alle Zugänge der Kühlmittelleitung sind außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet.
Eine Idee der Erfindung besteht darin, in mindestens einem der Verbinder für die Verbindungseinrichtung eine Kühlmittelleitung vorzusehen, die durch ein Auftrennen und Zusammenfügen der Verbindungseinrichtung nicht beeinträchtigt wird, so dass unabhängig davon, ob sich die Verbindungseinrichtung in einem verbundenen oder nicht verbundenen Zustand befindet, das Kühlmittel innerhalb des jeweiligen Verbinders verbleibt. Die Kühlmittelleitung ist nahe der Kontaktstelle der Verbindungseinrichtung angeordnet, so dass dort erzeugte Wärme durch ein durch die Kühlmittelleitung bewegtes Kühlmittel abtransportiert wird.
Weiterhin kann der erste Verbinder als Buchsenverbinder und der zweite Verbinder als Stiftverbinder ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kühlmittelleitung in einer separaten Kühleinheit angeordnet, die an dem Kontaktierungselement des mindestens einen Verbinders befestigt ist.
Der erste Verbinder umfasst ein Gehäuse mit einem darin aufgenommenen Kontaktierungselement, zwischen denen ein Abschnitt der Kühlmittelleitung ausgebildet ist. Das Gehäuse weist einen Durchlass zur Aufnahme des Kontaktierungselementes des zweiten Verbinders auf, wobei der Durchlass so ausgebildet ist, dass er im verbundenen Zustand durch das Kontaktierungselement des zweiten Verbinders gegen ein Austreten des Kühlmittels verschlossen wird. Es ist weiterhin ein Verschlusselement vorgesehen, um den Durchlass im nicht verbundenen Zustand gegen ein Austreten des Kühlmittels zu verschließen.
Weiterhin kann das Verschlusselement mit einem Federelement vorgespannt sein, das das Verschlusselement im nicht verbundenen Zustand gegen einen Anschlag in den Durchlass drückt, um diesen zu verschließen.
Das Kontaktierungselement des zweiten Verbinders kann beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen.
Der Durchlass kann mit einem Dichtungselement versehen sein, um den Durchlass gegen ein Austreten des Kühlmittels abzudichten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein weiterer Abschnitt der Kühlmittelleitung innerhalb des Kontaktierungselementes ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein elektrischer Verbinder, insbesondere ein Hochstromstecker, zum Herstellen einer elektrischen Verbindung vorgesehen. Der elektrische Verbinder umfasst ein Kontaktierungselement, um in einem verbundenen Zustand zum Herstellen der elektrischen Verbindung ein weiteres Kontaktierungselement eines weiteren Verbinders zu kontaktieren. Es ist ein Verbindungsbereich vorgesehen, um im verbundenen Zustand an einem entsprechenden weiteren Verbindungsbereich des weiteren Verbinders anzuliegen. Der Verbinder weist weiterhin eine Kühlmittelleitung mit einem oder mehreren Zugängen zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels auf. Die Kühlmittelleitung ist mit dem Kontaktierungselement gekoppelt, um Wärme von einer Kontaktstelle an dem Kontaktierungselement abzuführen. Alle Zugänge der Kühlmittelleitung sind außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet.
Weiterhin kann die Kühlmittelleitung in einer separaten Kühleinheit angeordnet sein, die an dem Kontaktierungselement befestigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Gehäuse mit einem darin aufgenommenen Kontaktierungselement vorgesehen, zwischen denen ein Abschnitt der Kühlmittelleitung ausgebildet ist, wobei das Gehäuse einen Durchlass zur Aufnahme des Kontaktierungselementes des weiteren Verbinders aufweist. Mit Hilfe eines Verschlusselements kann im nicht verbundenen Zustand der Durchlass gegen ein Austreten des Kühlmittels verschlossen werden.
Weiterhin kann das Verschlusselement mit einem Federelement vorgespannt sein, das das Verschlusselement im nicht verbundenen Zustand gegen einen Anschlag in den Durchlass drückt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verbindungsmodul mit dem einen oder den mehreren obigen elektrischen Verbindern vorgesehen, die über Kühlmittelleitungen mit einer Kühlmittelpumpe und einem Wärmetauscher gekoppelt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figs 1a und 1b eine schematische Darstellung einer Steckverbindung, bei der ein Verbindungselement mit einer Kühlmittelleitung versehen ist, in einem verbundenen und einem nicht verbundenen Zustand;
Figs 2a und 2b eine schematische Darstellung einer Steckverbindung, bei der zwei komplementäre Verbindungselemente mit Kühlmittelleitungen versehen sind, in einem verbundenen und einem nicht verbundenen Zustand;
Figs 3a und 3b eine schematische Darstellung einer Steckverbindung, bei der eine Kühleinheit mit einer Kühlmittelleitung als separates Element auf einem Verbindungselement aufgebracht ist, in einem verbundenen und einem nicht verbundenen Zustand;
Figs 4a und 4b eine schematische Darstellung einer Steckverbindung, bei der das Kühlmittel die Kontaktstelle direkt umfließt, in einem verbundenen und einem nicht verbundenen Zustand;
Fig. 5 eine Darstellung eines Steckverbindungssystems mit mehreren Steckverbindungen, die jeweils mit einer Kühlmittelpumpe verbunden sind.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente gleicher oder ähnlicher Funktion.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In den Figuren 1a und 1b ist eine Steckverbindung 1 mit einem ersten Verbindungselement (Verbinder) 2 und einem zweiten Verbindungselement 3 in einem zusammengesteckten bzw. zusammengefügten (verbundenen) Zustand (Fig. 1a) und in einem getrennten (nicht verbundenen) Zustand (Fig. 1 b) gezeigt.
Das erste Verbindungselement 2 weist zwei einander gegenüberliegende Kontaktarme 4 auf, die um eine Ausnehmung 5 angeordnet sind. Die Kontaktarme 4 weisen zwei Kontaktierungsbereiche 7 auf, die als gegeneinander gerichtete Erhebungen an den zwei Kontaktarmen 4 angeordnet sind. Das zweite Verbindungselement 3 weist einen Kontaktstift 6 auf.
Der Kontaktstift 6 des zweiten Verbindungselementes 3 kann in die Ausnehmung 5 des ersten Verbindungselementes 3 eingeführt werden, so dass die Kontaktierungsbereiche 7 der Kontaktarme 4 an dem Kontaktstift 6 entlang gleiten und im vollständig verbundenen Zustand an jeweiligen Kontaktflächen des Kontaktstiftes 6 anliegen. Die Kontaktarme 4 werden beim Zusammenstecken der beiden Verbindungselemente 2, 3 elastisch ausgelenkt, so dass die Kontaktierungsbereiche 7 mit einer bestimmten Kontaktkraft an die jeweilige Kontaktfläche des Kontaktstiftes 6 gedrückt werden. Dadurch wird in einem Verbindungsbereich eine elektrische Verbindung an einer Kontaktstelle zwischen den Kontaktarmen 4 und dem Kontaktstift 6 der beiden Verbindungselemente 2, 3 hergestellt.
Üblicherweise sind die Verbindungselemente 2, 3, d.h. der Abstand zwischen den Kontaktierungsbereichen 7, die Elastizität der Kontaktarme 4 und die Dicke des Kontaktstiftes 6, so ausgelegt, dass ein manuelles Zusammenstecken der beiden Verbindungselemente 2, 3 ohne großen Kraftaufwand möglich ist. Dies begrenzt jedoch die mögliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktierungsbereichen 7 und dem Kontaktstift 6.
Die Kontaktkraft an der Kontaktstelle zwischen dem Kontaktierungsbereich 7 und dem Kontaktstift 6 bestimmt maßgeblich den Kontaktwiderstand, der wiederum den Gesamtwiderstand der Steckverbindung im Wesentlichen beeinflusst. Daher entsteht insbesondere an der Kontaktstelle bei einem hohen Stromfluss durch die Steckverbindung eine erhebliche Verlustleistung in Form von Wärme. Damit die Wärme nicht zu einer Degradation oder Zerstörung des Kontaktierungsbereichs 7 und/oder des Kontaktstiftes 6 führt, muss diese daher in geeigneter Weise abgeleitet werden.
Um die Wärme abzuführen, ist bei der Steckverbindung der Figs 1a und 1b vorgesehen, in dem zweiten Verbindungselement 3 eine Kühleinrichtung zu integrieren, die in Form einer Kühlmittelleitung 8 ausgebildet ist. Die Kühlmittelleitung 8 weist eine Einlassöffnung 9 und eine Auslassöffnung 10 auf, über die das Kühlmittel zugeführt bzw. abgeführt wird. Das Kühlmittel wird beim Betrieb der Steckverbindung 1 durch die Kühlmittelleitung 8 geleitet, so dass im zweiten Verbindungselement befindliche Wärme abgeleitet wird.
Die Einlassöffnung 9 und die Auslassöffnung 10 sind so an dem zweiten Verbindungselement 3 angeordnet, dass diese unabhängig von dem Verbindungszustand der Steckverbindung 1 zugänglich sind. D.h., beim Zusammenstecken bzw. Zusammenfügen der Verbindungselemente 2, 3 werden weder die Einlassöffnung 9 noch die Auslassöffnung 10 der in dem zweiten Verbindungselement 3 befindlichen Kühlmittelleitung 8 abgedeckt oder in dem ersten Verbindungselement 2 aufgenommen. Weiterhin wird auch keine Kühlmittelleitung geschaffen, die von dem ersten Verbindungselement 2 zum zweiten Verbindungselement 3 verläuft. Auf diese Weise ist es möglich, die Steckverbindung zu trennen, ohne zuvor den Kühlmittelkreislauf anzuhalten und/oder das Kühlmittel aus dem Verbindungselement 3 abzulassen.
In der in den Figs 1a und 1b gezeigten Ausführungsform sind die Einlassöffnung 9 und die Auslassöffnung 10 an einer Seitenfläche des zweiten Verbindungselementes 3 angeordnet, die sich im Wesentlichen parallel zu der Richtung des Zusammenfügens der Verbindungselemente 2, 3 erstreckt. Auch ist es möglich, die Einlassöffnung 9 und die Auslassöffnung 10 an jeweils verschiedenen Seitenflächen des zweiten Verbindungselementes 3 bzw. an einer Rückseite des zweiten Verbindungselementes 3, die dem Kontaktstift 6 gegenüber liegt, anzuordnen.
Die Kühlmittelleitung 8 kann in dem zweiten Verbindungselement 3 in Schleifen angeordnet sein, so dass sich die Kühlmittelleitung 8 mäanderförmig in dem zweiten Verbindungselement 3 erstreckt. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen der Kühlmittelleitung 8 und dem umgebenden Material erhöht, so dass eine bessere Wärmeabführung möglich ist.
Wie in Figuren 2a und 2b gezeigt ist, können beide Verbindungselemente 2, 3 mit entsprechenden Kühlmittelkanälen 8 ausgestattet sein, so dass eine Kühlung sowohl über den Kontaktstift 6 des zweiten Verbindungselementes 3 als auch über die Kontaktarme 4 des ersten Verbindungselementes 2 erfolgen kann. Die Kühlmittelkanäle 8 können gleichartig oder verschieden ausgebildet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur das erste Verbindungselement 2 mit der Kühleinrichtung zu versehen. Bei Vorsehen nur einer Kühleinrichtung sollte diese in dem Verbindungselement 2, 3 vorgesehen sein, in dem eine bessere Wärmeabführung von der Kontaktstelle zur Kühleinrichtung gewährleistet ist.
In den Figuren 3a und 3b ist eine weitere Variante einer Steckverbindung 14 im zusammengesteckten Zustand (Fig. 3a) und im getrennten Zustand (Fig. 3b) gezeigt. In der Steckverbindung 14 der Figuren 3a und 3b ist eine Kühleinrichtung in Form eines separaten Kühlelementes 15 aus einem gut wärmeleitfähigen Material dargestellt. Das Kühlelement 15 ist an einem der Verbindungselemente 2, 3 befestigt, so dass über das Kühlelement 21 Wärme von der Kontaktstelle zwischen dem Kontaktarm 4 und dem Kontaktstift 6 abgeführt werden kann.
Das Kühlelement 15 weist eine Kühlmittelleitung 16 auf, durch die über eine Einlassöffnung 17 Kühlmittel eingeleitet wird und über eine Auslassöffnung 18 Kühlmittel herausgeleitet wird. Die Kühlmittelleitung 16 kann Schleifen aufweisen, um die Grenzfläche zwischen der Kühlmittelleitung 16 und dem Material des Kühlelements 15 zu erhöhen, so dass die Wärmeabfuhr aus dem Material des Kühlelements 15 verbessert wird. Alternativ oder zusätzlich können weitere Maßnahmen zur Vergrößerung der Grenzfläche zwischen der Kühlmittelleitung 16 und dem Material des Kühlelements 15, wie z.B. Lamellen und dergleichen vorgesehen sein.
Das Kühlelement 15 ist mit einem möglichst geringen thermischen Widerstand an dem zweiten Verbindungselement 3 befestigt. Die Befestigung kann z.B. durch Kleben oder eine sonstige mechanische Verbindung wie z.B. durch eine Klemmverbindung oder eine Schraubverbindung 19 erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Steckverbindung 14, die in den Figuren 3a und 3b gezeigt ist, auch an beiden Verbindungselementen 2, 3 ein entsprechendes Kühlelement 15 tragen.
In den Figuren 4a und 4b ist eine weitere Steckverbindung 20 dargestellt. Die weitere Steckverbindung 20 umfasst ein erstes Verbindungselement 21, das mit einem komplementären zweiten Verbindungselement 22 verbunden werden kann. Das erste Verbindungselement 21 umfasst ein Gehäuse 23, in dem ein elektrisch leitfähiges Leiterelement 24 fest angeordnet ist. Der Querschnitt des Gehäuses 23 kann kreiszylindrisch oder viereckig sein oder eine sonstige Form aufweisen.
Das Leiterelement 24 weist Kontaktarme 25 auf, die jeweils mit einem Kontaktierungsbereich 26 versehen sind. Die Kontaktarme 25 umgeben eine Ausnehmung, in der ein Kontaktstift 29 des zweiten Verbindungselementes im verbundenen Zustand der weiteren Steckverbindung 20 aufgenommen wird. Der Kontaktierungsbereich 26 kontaktiert im verbundenen Zustand der weiteren Steckverbindung 20 den Kontaktstift 29 an einer Kontaktstelle und stellt dadurch die elektrische Verbindung her. Bei der Ausführungsform der Figs. 4a und 4b stellen die Flächen, an denen die Verbindungselemente 21, 22 im verbundenen Zustand aneinander anliegen, den Verbindungsbereich dar.
In dem Leiterelement 24 ist ein erster Kühlmittelleitungsabschnitt 27 zum Leiten eines Kühlmittels vorgesehen. Ein Zwischenraum zwischen einer Innenwand des Gehäuses 23 und dem Leiterelement 23 dient weiterhin als ein zweiter Kühlmittelleitungsabschnitt 28, durch den das Kühlmittel geleitet wird. Der zweite Kühlmittelleitungsabschnitt 28 kann umlaufend (tangential bezüglich der Verbindungsrichtung) oder nur an bestimmten Bereichen vorgesehen sein. Vorzugsweise wird ein Teil des zweiten Kühlmittelleitungsabschnittes 28 zwischen dem Gehäuse 23 und einem oder mehreren der Kontaktarme 25 ausgebildet, um die an der Kontaktstelle erzeugte Wärme möglichst effizient abführen zu können. Der erste Kühlmittelleitungsabschnitt 27 und der zweite Kühlmittelleitungsabschnitt 28 sind Teile der Kühlmittelleitung, durch die ein Kühlmittel geleitet wird, um an der Kontaktstelle entstehende Wärme abzuführen. Die Flussrichtung des Kühlmittels in den Kühlmittelleitungsabschnitten 27, 28 ist im Wesentlichen beliebig.
Das Gehäuse 23 weist einen Durchlass in Form einer Aufnahmeöffnung 34 auf, durch die der Kontaktstift 29 des zweiten Verbindungselementes 22 beim Zusammenstecken der Verbindungselemente 21, 22 in die Ausnehmung aufgenommen werden kann. Die Aufnahmeöffnung 34 weist im Wesentlichen den Querschnitt des Kontaktstiftes 29 auf, so dass der Kontaktstift 29 mit wenig Spiel in der Aufnahmeöffnung 34 aufgenommen werden kann. Die Aufnahmeöffnung 34 kann weiterhin mit einem Dichtungselement 35 versehen sein, um die Aufnahmeöffnung 34 gegen einen Kühlmittelverlust abzudichten, wenn der Kontaktstift 29 darin aufgenommen ist.
Der Kontaktstift 29 reicht im verbundenen Zustand der weiteren Steckverbindung 20 durch die Aufnahmeöffnung 34 zwischen die Kontaktarme 25, so dass die Kontaktierungsbereiche 26 der Kontaktarme 25 den Kontaktstift 29 kontaktieren und diese mit einer bestimmten Kontaktkraft seitlich (bezüglich der Verbindungsrichtung) auf den Kontaktstift 29 drücken. Die Kontaktkraft kann beispielsweise durch eine elastische Auslenkung der Kontaktarme 25 bei aufgenommenem Kontaktstift 29 erzeugt werden.
Um im getrennten Zustand der weiteren Steckverbindung 20 ein Ausströmen von in der Kühlmittelleitung vorhandenen Kühlmittels zu vermeiden, ist ein Verschlusselement 36 vorgesehen, das einen Verschlussabschnitt 37 und einen Anschlag 38 aufweist. Das Verschlusselement 36 dient als ein Verschluss für die Aufnahmeöffnung im getrennten Zustand der weiteren Steckverbindung 20.
Der Verschlussabschnitt 37 wird mithilfe einer Feder 39 in die Aufnahmeöffnung 34 des Gehäuses 23 gedrückt, wobei der Anschlag 38 des Verschlusselementes 36 gewährleistet, dass das Verschlusselement 36 in dem Gehäuse 23 verbleibt. Der Anschlag 38 kann im nicht gekoppelten Zustand der weiteren Steckverbindung 20 beispielsweise durch ein geeignetes Rückhalteelement an dem Leiterelement 24 anliegen. Alternativ kann der Kontaktierungsbereich 26 eines oder beider Kontaktarme 25 als Rückhalteelement für das Verschlusselement 36 dienen.
Die Feder 39 ist zwischen dem Verschlusselement 36 und einer Haltekante 40 an dem Leiterelement 24 angeordnet und vorzugsweise vorgespannt. Die Haltekante 40 kann beispielsweise durch eine stufige Vergrößerung des Querschnittes des ersten Kühlmittelleitungsabschnittes 27 gebildet sein.
Beim Zusammenstecken der Verbindungselemente 21, 22 drückt eine Stirnfläche des Kontaktstiftes 29 auf eine Stirnfläche des Verschlusselementes 36 und drückt dieses in die Ausnehmung des ersten Verbindungselementes 21 gegen die von der Feder 39 ausgeübte Federkraft. Dabei liegen die Stirnflächen bündig aneinander an. Dadurch ersetzt der Kontaktstift 29 das Verschlusselement 36 in der Aufnahmeöffnung 34 des Gehäuses 23, wobei zu keinem Zeitpunkt Kühlmittel aus dem Gehäuse 23 durch die Aufnahmeöffnung 34 ausströmen kann. Alternativ können die Stirnflächen des Verschlusselementes 36 und des Kontaktstiftes 29 mit einer zueinander komplementären Topologie versehen sein, insbesondere komplementäre konisch Formen aufweisen, um beim Zusammenstecken ein Abrutschen der Stirnflächen voneinander zu vermeiden.
Vorzugsweise ist das Verschlusselement 36 ebenso wie das Gehäuse 23 aus einem nicht elektrisch leitenden Material ausgebildet, so dass eine ausreichende Isolierung im getrennten Zustand der weiteren Steckverbindung 20 erreicht werden kann.
In Fig. 5 ist ein Verbindungssystem 50 mit mehreren Steckverbindungen vorgesehen. Erste Verbindungselemente 51 sind in einem ersten Verbindungsmodul 52 und zweite Verbindungselemente 53 sind in einem zweiten Verbindungsmodul 54 vorgesehen. Jedes der ersten und zweiten Verbindungselemente 51, 53 kann in einer der zuvor beschriebenen Weisen aufgebaut sein. Die Verbindungselemente 51, 53 sind in den jeweiligen Verbindungsmodulen 52, 54 so angeordnet, dass sie mit einem komplementären Verbindungsmodul durch Stecken in einer Verbindungsrichtung verbindbar sind.
Die ersten Verbindungselemente 51 sind über erste Kühlmittelleitungen 60 mit einer ersten Kühlmittelpumpe 55 gekoppelt, so dass die Kühlmittelkanäle in den einzelnen ersten Verbindungselementen 51 des ersten Verbindungsmoduls 52 bezüglich des Kühlmittelkreislaufs seriell verbunden sind. Die erste Kühlmittelpumpe 55 kann innerhalb des ersten Verbindungsmoduls 52 oder separat davon angeordnet sein. Die erste Kühlmittelleitung 60 führt durch einen ersten Wärmetauscher 62, um die aus den ersten Verbindungselementen 51 abgeführte Wärme abzuleiten.
Die zweiten Verbindungselemente 53 sind über zweite Kühlmittelleitungen 61 mit einer zweiten Kühlmittelpumpe 56 gekoppelt, so dass die Kühlmittelkanäle in den einzelnen zweiten Verbindungselementen 53 des zweiten Verbindungsmoduls 54 bezüglich des Kühlmittelkreislaufs ebenfalls seriell verbunden sind. Die zweite Kühlmittelpumpe 56 kann innerhalb des zweiten Verbindungsmoduls 52 oder separat davon angeordnet sein. Die zweite Kühlmittelleitung 61 führt durch einen zweiten Wärmetauscher 63, um die aus den zweiten Verbindungselementen 53 abgeführte Wärme abzuleiten.
Um eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Verbindungselementen 51, 52 eines Verbindungsmoduls 52, 54 zu gewährleisten, werden vorzugsweise nicht leitende oder ausreichend von den Verbindungselementen isolierte Kühlmittelleitungen 60, 61 und ein nicht leitfähiges Kühlmittel verwendet. Insbesondere elektrisch isolierende Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, Öle, Fluorinerte und dgl. können viel Wärme aufnehmen und gleichzeitig hohe elektrische Spannungen isolieren.
Abweichend von dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau kann auch nur ein Verbindungsmodul 52, 54 des Verbindungssystems 50 mit Kühleinrichtungen bzw. einer Kühlmittelpumpe versehen sein.
Gemäß einer weiteren Alternative kann auch nur eine Kühlmittelpumpe 55 oder 56 die Zirkulation der Kühlflüssigkeit durch beide Verbindungsmodule 52, 54 gewährleisten. Die Kühlmittelpumpe 55 kann dann separat von den Verbindungsmodulen 52, 54 oder in einem der beiden Verbindungsmodule 52, 54 angeordnet sein. Die Verbindungsmodule 52, 54 weisen dann als Schnittstellen entsprechende, zusätzliche Trennstellen in der Kühlmittelleitung (Vor- und Rücklauf) zur vollständigen Abtrennung auf.

Bezugszeichenliste

1: Steckverbindung
2: erstes Verbindungselement
3: zweites Verbindungselement
4: Kontaktarm
5: Ausnehmung
6: Kontaktstift
7: Kontaktierungsbereich
8: Kühlmittelleitung
9: Einlassöffnung
10: Auslassöffnung
14: Steckverbindung
15: Kühlelement
16: Kühlmittelleitung
17: Einlassöffnung
18: Auslassöffung
19: Schraubverbindung
20: Steckverbindung
21: erstes Verbindungselement
22: zweites Verbindungselement
23: Gehäuse
24: Leiterelement
25: Kontaktarme
26: Kontaktierungsbereich
27: erster Kühlmittelleitungsabschnitt
28: zweiter Kühlmittelleitungsabschnitt
29: Kontaktstift
34: Aufnahmeöffnung
35: Dichtungselement
36: Verschlusselement
37: Verschlussabschnitt
38: Anschlag
39: Feder
50: Verbindungssystem
51: erstes Verbindungselement
52: erstes Verbindungsmodul
53: zweite Verbindungselemente
54: zweites Verbindungsmodul
55: erste Kühlmittelpumpe
56: zweite Kühlmittelpumpe
50: erste Kühlmittelleitung
61: zweite Kühlmittelleitung
62: erster Wärmetauscher
63: zweiter Wärmetauscher

Claims

Verbindungseinrichtung (1 ;20), insbesondere eine Hochstrom-Steckverbindung, mit einem ersten Verbinder (2;21) und einem zweiten Verbinder (3;22), die jeweils ein Kontaktierungselement (4, 6; 25,29) aufweisen, um im verbundenen Zustand der Verbinder eine elektrische Verbindung herzustellen;
wobei die Verbinder (2; 21, 3;22) im verbundenen Zustand an einem Verbindungsbereich aneinander anliegen;
wobei mindestens einer der Verbinder (2; 21, 3; 22) eine Kühlmittelleitung (8; 27, 28) mit einem oder mehreren Zugängen (9,10) zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels umfasst;
wobei die Kühlmittelleitung (8; 27, 28) an dem Kontaktierungselement vorgesehen ist, um Wärme von einer Kontaktstelle zwischen den Kontaktierungselementen (4, 6; 24, 29) abzuführen;
gekennzeichnet dadurch, dass
alle Zugänge (9, 10) der Kühlmittelleitung (8; 27, 28) außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet sind.
Verbindungseinrichtung (1; 29) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Verbinder (2; 21) als Buchsenverbinder und der zweite Verbinder als Stiftverbinder (3; 22) ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung (1; 20) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlmittelleitung (8; 27, 28) in einer separaten Kühleinheit angeordnet ist, die an dem Kontaktierungselement (4, 6; 24, 29) des mindestens einen Verbinders (2, 3; 21, 22) befestigt ist.
Verbindungseinrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Verbinder (21) ein Gehäuse (23) mit einem darin aufgenommenen Kontaktierungselement (24) umfasst, wobei zwischen dem Gehäuse (23) und dem Kontaktierungselement (24) ein Abschnitt der Kühlmittelleitung (28) ausgebildet ist,
wobei das Gehäuse (23) einen Durchlass zur Aufnahme des Kontaktierungselementes (29) des zweiten Verbinders (22) aufweist,
wobei der Durchlass (34) so ausgebildet ist, dass er im verbundenen Zustand durch das Kontaktierungselement (29) des zweiten Verbinders (22) gegen ein Austreten des Kühlmittels verschlossen wird und
wobei ein Verschlusselement (36) vorgesehen ist, um den Durchlass (34) im nicht verbundenen Zustand gegen ein Austreten des Kühlmittels zu verschließen.
Verbindungseinrichtung (20) nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Verschlusselement (36) mit einem Federelement (39) vorgespannt ist, das das Verschlusselement (36) im nicht verbundenen Zustand gegen einen Anschlag in den Durchlass (34) drückt, um diesen zu verschließen.
Verbindungseinrichtung (20) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, dass das Kontaktierungselement (29) des zweiten Verbinders (22) eine zylindrische Form aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass der Durchlass (34) mit einem Dichtungselement (35) versehen ist, um den Durchlass (34) gegen ein Austreten des Kühlmittels abzudichten.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass ein weiterer Abschnitt (27) der Kühlmittelleitung innerhalb des Kontaktierungselementes (24) ausgebildet ist.
Elektrischer Verbinder, insbesondere ein Hochstromstecker, zum Herstellen einer elektrischen Verbindung, umfassend:
- ein Kontaktierungselement, um in einem verbundenen Zustand zum Herstellen der elektrischen Verbindung ein weiteres Kontaktierungselement eines weiteren Verbinders zu kontaktieren;

- ein Verbindungsbereich, der vorgesehen ist, um im verbundenen Zustand an einem entsprechenden weiteren Verbindungsbereich des weiteren Verbinders anzuliegen; und
eine Kühlmittelleitung (8; 27, 28) mit einem oder mehreren Zugängen (9, 10) zum Zu- bzw. Abführen eines Kühlmittels;
wobei die Kühlmittelleitung (8; 27, 28) an dem Kontaktierungselement vorgesehen ist, um Wärme von einer Kontaktstelle an dem Kontaktierungselement (4, 6; 24, 29) abzuführen;
gekennzeichnet dadurch, dass
alle Zugänge der Kühlmittelleitung (8; 27, 28) außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet sind.
Verbinder (2, 3) nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass
die Kühlmittelleitung (8; 27, 28) in einer separaten Kühleinheit angeordnet ist, die an dem Kontaktierungselement befestigt ist.
Verbinder (21) nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass
ein Gehäuse (23) mit einem darin aufgenommenen Kontaktierungselement (24) vorgesehen ist, zwischen denen ein Abschnitt (28) der Kühlmittelleitung ausgebildet ist,
wobei das Gehäuse (23) einen Durchlass (34) zur Aufnahme des Kontaktierungselementes (29) des weiteren Verbinders (22) aufweist,
wobei ein Verschlusselement (36) vorgesehen ist, um im nicht verbundenen Zustand den Durchlass (34) gegen ein Austreten des Kühlmittels zu verschließen.
Verbinder nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Verschlusselement (36) mit einem Federelement (39) vorgespannt ist, das das Verschlusselement (36) im nicht verbundenen Zustand gegen einen Anschlag in den Durchlass drückt.
Verbindungsmodul (52, 54) mit einem oder mehreren elektrischen Verbindern (51, 53) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die über Kühlmittelleitungen (60, 61) mit einer Kühlmittelpumpe (55, 56) und einem Wärmetauscher (62,63) gekoppelt sind.