WO2017102056A1 - Vorrichtung zum kühlen eines elektrisch leitfähigen kontaktelements - Google Patents

Vorrichtung zum kühlen eines elektrisch leitfähigen kontaktelements Download PDF

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WO2017102056A1
WO2017102056A1 PCT/EP2016/001960 EP2016001960W WO2017102056A1 WO 2017102056 A1 WO2017102056 A1 WO 2017102056A1 EP 2016001960 W EP2016001960 W EP 2016001960W WO 2017102056 A1 WO2017102056 A1 WO 2017102056A1
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contact element
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cooling
electrically conductive
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Frank Hübner
Christian Häfner
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Daimler AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling an electrically conductive
  • the plug connection is a high-voltage plug connection, particularly high electrical currents flow in this plug connection. Accordingly, such connectors are particularly large dimensions. As a result, not only the space requirement of such connectors is increased, but they are also particularly expensive due to the large size.
  • DE 10 2011 013 711 B3 proposes a high-current connector with current-carrying conductors, which are arranged on a carrier.
  • the carrier is formed of a thermally conductive ceramic so that heat can be delivered to the carrier in overheating sections of the conductors of the high-current connector.
  • the high-current plug has a heat sink means provided on the carrier.
  • the heat-sinking means in this case comprises cooling fins or a fluid coolant circulating in a hose system or a housing of aluminum surrounding the support. Disadvantage of such
  • Hochstromsteckers is that in order to dissipate the heat effectively from the ladder, all components must be designed thermally conductive.
  • Object of the present invention is therefore to simplify the structure of a device for cooling a contact element of a connector and the device develop so that the heat can be removed particularly effectively from the contact element.
  • this object is achieved by a device for cooling an electrically conductive contact element surrounded by a pin tray
  • the connector may preferably be part of an electrical component.
  • the electrical component may be, for example, an inverter and / or a charger.
  • the device comprises a
  • Heat conducting device which is coupled to the electrically conductive contact element, wherein a heat loss from the contact element via the heat conducting device from the pin tray is derivable out.
  • the invention is based on the finding that, for example, in an engine compartment of a motor vehicle, further motor vehicle components about the contact elements
  • the engine compartment is designed to be particularly cramped, whereby a plug connection can not simply be dimensioned larger.
  • the heat conducting device By the heat conducting device, the heat loss can be removed particularly effective from the electrically conductive contact element. Furthermore, the contact element does not have to be dimensioned larger by the heat conduction device for heat dissipation.
  • the cooling device also contributes to the fact that the components do not heat up in a vicinity of the contact element.
  • the heat-conducting device comprises a first heat-conducting element and a second heat-conducting and electrically insulating element.
  • the first heat-conducting element can be a larger
  • the second heat-conducting element may in particular of a plastic or a
  • the second heat-conducting element may comprise a silicon pad with ceramic particles and / or a heat-conducting pad and / or a heat-conducting paste.
  • the thermal conductivity of the first thermally conductive Elements can be made larger than that of the second, the first
  • thermally conductive element preferably be formed of an electrically conductive material, in particular a metal. This results in the advantage that in a particularly simple and cost-effective manner, a cooling device can be provided which can dissipate the heat loss from the contact element particularly effective.
  • the first heat-conducting element is designed as a heat pipe.
  • a heat pipe is preferably a heat pipe in which a working medium circulates. To dissipate the heat loss from the contact element, the heat loss is transferred to the working fluid of the heat pipe. Due to the heat input, the working medium evaporates in the heat pipe. As a result, the pressure in the heat pipe is locally increased, resulting in a low pressure gradient within the heat pipe. The resulting vapor therefore flows to a lower temperature location where it condenses. At this point, the temperature increases due to the released heat of condensation. The previously recorded heat loss is delivered to an environment of the heat pipe. The now liquid working medium returns by capillary forces back to the point at which the heat loss is initiated.
  • the heat pipe is designed as a flexible or flexible heat pipe. The heat pipe has the advantage that it has a low thermal resistance and thus can dissipate particularly well the heat loss from the contact element.
  • a further embodiment of the invention provides that the device further comprises a heat removal device which is adapted to convey a coolant, wherein the heat conduction device is coupled to the heat removal device and transmits the lost heat to the heat removal device.
  • a heat removal device which is adapted to convey a coolant
  • the heat conduction device is coupled to the heat removal device and transmits the lost heat to the heat removal device.
  • the coolant is preferably water or a water-glycol mixture.
  • the heat removal device which is preferably designed as a cooling circuit of the motor vehicle, no additional device is necessary in order to dissipate the heat absorbed by the contact element can heat loss. This can save costs.
  • the electrical contact element with an electrical
  • Coupled connection element which is in particular designed as a busbar, for electrically connecting the electrically conductive contact element with a further electrical element.
  • the Heat conducting device preferably be coupled to the electrical connection element.
  • a further embodiment of the invention provides that the contact element is formed as part of a heat pipe with an electrically conductive jacket surface and the remaining part of the heat pipe forms the heat-conducting device.
  • the heat pipe thus preferably fulfills a double function, namely that of the electrically conductive contact element and that of the heat conducting device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a device for cooling an electrically conductive contact element, which is surrounded by a pin tray,
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of the
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of the
  • Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of the
  • FIGS. 1 to 4 each show a plug connection 10 with an electrically conductive contact element 12.
  • the connector 10 may be part of an electrical
  • the electrical component may be, for example, an inverter and / or a charger.
  • the connector 10 is at least partially surrounded by a housing 13.
  • the housing 13 is preferably formed of a thermally conductive material.
  • the contact element 12 of the connector 10 is surrounded by a pin tray 14. In other words, the contact element 12 is arranged in the pin tray 14.
  • the contact element 12 is formed in particular bolt-shaped.
  • the pin tray 14 is preferably formed of an electrically insulating material. At one end of the contact element 12, which in particular a
  • a shield contact 16 is arranged.
  • the shield contact 16 has a hollow cylindrical shape, which surrounds the contact element 12 at one end in areas.
  • the shield contact 16 is adapted to shield electrical and / or magnetic fields.
  • the contact element 12 If the contact element 12 is coupled to the mating contact element, the contact element 12 just heats up at one end in the region of the shield contact. In order to be able to dissipate this heat, a so-called lost heat, from the contact element 12 and from the pin tray 14, the contact element 12 is coupled to a device 17 for cooling the contact element 12.
  • the device 17 comprises a heat conducting device 18. Die
  • Heat-conducting device 18 comprises a heat-conducting and electrically insulating element 20, which is positioned outside of the pin tray 14.
  • the contact element 12 is coupled to the electrically insulating element 20 via a first thermally conductive electrical connection element 22 and a second thermally conductive electrical connection element 24.
  • the first 22 and the second connecting element 24 may be considered as a unit as a heat-conducting element.
  • Connecting element 22 is guided by the contact element 12, out of the pin tray 14.
  • the second connection element 24 is designed as a busbar for electrically connecting the contact element 12 to further electrical components (not shown in the figures).
  • the second connecting element 24 is connected to the first
  • the device 17 further includes a heat dissipation device 28.
  • the heat dissipation device 28 is disposed on the electrically insulating member 20.
  • the heat removal device 28 is, for example, a cooling circuit, in particular a cooling circuit of a motor vehicle, in which the plug connection 10, for example in an engine compartment, is arranged.
  • Coolant can be water or a water-glycol mixture. In the transmission of the heat loss to the heat removal device 28 is the
  • Heat loss preferably absorbed by the coolant.
  • the connector 10 has the same structure, i. the successive arrangement of the contact element 12 and the first 22 and second connecting element 24. Only the respective elements of the connector 10 are not arranged at a right angle to each other, but linearly together in one
  • the heat-conducting device 18 is in Fig. 2 in contrast to Fig. 1 directly with the
  • thermally conductive element 30 is preferably formed of metal.
  • the heat-conducting element 30 is formed as a rectangular metal block.
  • the heat-conducting device 18 which comprises the heat-conducting element 30 and the heat-conducting and electrically insulating element 20, is arranged in regions on the contact element 12, i. the heat-conducting device 18 and the contact element 12 form a common contact surface. The larger the contact area, the lower the thermal resistance and the better the heat loss of the
  • the electrically insulating element 20 serves to ensure that the contact element 12 is not electrically coupled to the heat dissipation device 28.
  • the heat-conducting member 30 may be disposed on the contact member 12 and the electrically insulating member 20 on the heat dissipation device 28.
  • the heat-conducting member 30 instead of a metal block, as shown in Fig. 2, designed as a heat pipe.
  • the advantage of the heat pipe is that thereby the
  • Device 17 can be made more flexible for cooling. As shown in Fig. 3, the heat pipe is particularly flexible and can depending on the distance of the
  • the heat-conducting device 18 can also be provided twice.
  • the heat-conducting device 18 may be arranged in Figures 2 and 3 on the contact element 12 and on the second connecting element 24. Whereby both heat-conducting devices 18 transfer the lost heat to the heat-removal device 28.
  • Fig. 4 is a further embodiment of the device 17 for cooling the
  • a heat pipe forms the contact element 12 and a part of the heat-conducting device 18.
  • the heat pipe is formed with an electrically conductive lateral surface.
  • Heat conducting device 18 the heat pipe is coupled to the heat removal device 28.
  • the second connecting element 24 is further arranged.
  • Indirect cooling by thermal connection of the busbar to a cooling system can be achieved by direct cooling by connecting the contacting to a cooling system.
  • the direct contact can be done by using a heat pipe by the heat pipe dissipates the heat loss from the contact element of the connector.
  • the contact element may be designed for direct cooling but also itself as a heat pipe.
  • a heat pipe appears to be particularly advantageous because it can bridge the path for cooling, for example, a cooling system of a motor vehicle, within the component with low thermal resistance.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (17) zum Kühlen eines von einer Stiftwanne (14) umgebenen elektrisch leitfähigen Kontaktelements (12) einer Steckverbindung (10). Die Vorrichtung (17) umfasst eine Wärmeleitvorrichtung (18), welche mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (12) gekoppelt ist, wobei eine Verlustwärme von dem Kontaktelement (12) über die Wärmeleitvorrichtung (18) aus der Stiftwanne (14) heraus ableitbar ist.

Description

Vorrichtung zum Kühlen eines elektrisch leitfähigen Kontaktelements
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines elektrisch leitfähigen
Kontaktelements einer Steckverbindung.
In stromführenden Kontaktelementen einer Steckverbindung, vor allem an der
Kontaktstelle selbst, entsteht aufgrund des elektrischen Widerstands Wärme. Um den elektrischen Widerstand und damit die entstehende Wärme im Betrieb der
Steckverbindung zu reduzieren, ist es bekannt, die stromführenden Kontaktelemente der Steckverbindung größer zu dimensionieren.
Handelt es sich bei der Steckverbindung um eine Hochvolt-Steckverbindung, so fließen in dieser Steckverbindung besonders hohe elektrische Ströme. Entsprechend sind derartige Steckverbindungen besonders groß dimensioniert. Dadurch wird nicht nur der Platzbedarf derartiger Steckverbindungen erhöht, sondern sie sind aufgrund der großen Auslegung auch besonders teuer.
Anstatt die Dimensionierung derartiger Steckverbindungen zu erhöhen, schlägt die DE 10 2011 013 711 B3 einen Hochstromstecker mit bestrombaren Leitern vor, welche auf einem Träger angeordnet sind. Der Träger ist aus einer wärmeleitenden Keramik gebildet, damit in Überhitzungsabschnitten der Leiter des Hochstromsteckers Wärme an den Träger abgegeben werden kann. Ferner weist der Hochstromstecker ein an dem Träger vorgesehenes Wärmesenkungsmittel auf. Das Wärmesenkungsmittel umfasst dabei Kühlrippen oder ein in einem Schlauchsystem zirkulierendes Fluidkühlmittel oder ein den Träger umgebendes Gehäuse aus Aluminium. Nachteil eines derartigen
Hochstromsteckers ist es, dass um die Wärme effektiv von den Leitern abführen zu können, alle Komponenten wärmeleitend ausgebildet sein müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Aufbau einer Vorrichtung zum Kühlen eines Kontaktelements einer Steckverbindung zu vereinfache und die Vorrichtung so weiterzuentwickeln, dass die Wärme besonders effektiv von dem Kontaktelement abgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Kühlen eines elektrisch leitfähigen Kontaktelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Kühlen eines von einer Stiftwanne umgebenen elektrisch leitfähigen Kontaktelements einer
Steckverbindung. Die Steckverbindung kann bevorzugt Bestandteil einer elektrischen Komponente sein. Bei der elektrischen Komponente kann es sich beispielsweise um einen Inverter und/oder um ein Ladegerät handeln. Die Vorrichtung umfasst eine
Wärmeleitvorrichtung, welche mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement gekoppelt ist, wobei eine Verlustwärme von dem Kontaktelement über die Wärmeleitvorrichtung aus der Stiftwanne heraus ableitbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise in einem Motorraum eines Kraftwagens weitere Kraftwagenkomponenten um die Kontaktelemente
beziehungsweise Steckverbindungen herum angeordnet sind. Der Motorraum ist besonders beengt ausgelegt, wodurch eine Steckverbindung nicht einfach größer dimensioniert werden kann.
Durch die Wärmeleitvorrichtung kann die Verlustwärme besonders effektiv von dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement abgeführt werden. Ferner muss das Kontaktelement durch die Wärmeleitvorrichtung zur Wärmeabfuhr nicht größer dimensioniert werden. Die Kühlvorrichtung trägt ferner dazu bei, dass sich die Komponenten in einer näheren Umgebung des Kontaktelements nicht erwärmen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wärmeleitvorrichtung ein erstes wärmeleitendes Element und ein zweites wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Element umfasst. Bevorzugt kann das erste wärmeleitende Element eine größere
Wärmeleitfähigkeit als das wärmeleitende zweite Element aufweisen. Das zweite wärmeleitende Element kann insbesondere aus einem Kunststoff oder einem
keramischen Werkstoff gebildet sein. Beispielsweise kann das zweite wärmeleitende Element ein Silikonkissen mit Keramikpartikeln und/oder ein Wärmeleitpad und/oder eine Wärmeleitpaste umfassen. Da die Wärmeleitfähigkeit des ersten wärmeleitenden Elements größer ausgebildet sein kann, als die des zweiten, kann das erste
wärmeleitende Element bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, insbesondere einem Metall. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise eine Kühlvorrichtung bereitgestellt werden kann, welche die Verlustwärme besonders effektiv von dem Kontaktelement abführen kann.
In vorteilhafter Weise ist das erste wärmeleitende Element als Heatpipe ausgebildet. Bei einer Heatpipe handelt es sich bevorzugt um ein Wärmerohr, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Zur Abfuhr der Verlustwärme von dem Kontaktelement wird die Verlustwärme an das Arbeitsmedium der Heatpipe übertragen. Durch den Wärmeeintrag verdampft das Arbeitsmedium in der Heatpipe. Dadurch wird der Druck in der Heatpipe lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb der Heatpipe führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen zu einer Stelle mit niedrigerer Temperatur, wo er kondensiert. An dieser Stelle erhöht sich die Temperatur durch die frei werdende Kondensationswärme. Die zuvor aufgenommene Verlustwärme wird an eine Umgebung der Heatpipe abgegeben. Das nun flüssige Arbeitsmedium kehrt durch Kapillarkräfte wieder zurück zu der Stelle, an der die Verlustwärme eingeleitet wird. Bevorzugt ist die Heatpipe als flexibles oder biegbares Wärmerohr ausgebildet. Die Heatpipe hat den Vorteil, dass sie einen geringen thermischen Widerstand besitzt und somit besonders gut die Verlustwärme von dem Kontaktelement abführen kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung ferner eine Wärmeabfuhrvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel zu fördern, wobei die Wärmeleitvorrichtung mit der Wärmeabfuhrvorrichtung gekoppelt ist und die Verlustwärme an die Wärmeabfuhrvorrichtung überträgt. Mit„gekoppelt" ist insbesondere gemeint, dass die Wärmeleitvorrichtung die Wärmeabfuhrvorrichtung kontaktiert. Bei der Wärmeabfuhrvorrichtung kann es sich bevorzugt um einen Kühlkreislauf eines
Kraftwagens handeln. Bei dem Kühlmittel handelt es sich bevorzugt um Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Durch die Wärmeabfuhrvorrichtung, welche bevorzugt als Kühlkreislauf des Kraftwagens ausgebildet ist, ist keine zusätzliche Einrichtung notwendig, um die von dem Kontaktelement aufgenommene Verlustwärme abführen zu können. Dadurch können Kosten eingespart werden.
In vorteilhafter Weise ist das elektrische Kontaktelement mit einem elektrischen
Verbindungselement gekoppelt, welches insbesondere als Stromschiene ausgebildet ist, zum elektrischen Verbinden des elektrisch leitenden Kontaktelements mit einem weiteren elektrischen Element. Um die Wärmeabfuhr der Verlustwärme zu begünstigen, kann die Wärmeleitvorrichtung bevorzugt mit dem elektrischen Verbindungselement gekoppelt sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktelement als Teil einer Heatpipe mit einer elektrisch leitfähigen Mantelfläche ausgebildet ist und der übrige Teil der Heatpipe die Wärmeleitvorrichtung bildet. Die Heatpipe erfüllt also bevorzugt eine Doppelfunktion, nämlich die des elektrisch leitenden Kontaktelements und die der Wärmeleitvorrichtung. Durch eine derartige Ausführungsform können Komponenten und damit Kosten eingespart werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Kühlen eines elektrisch leitfähigen Kontaktelements, welches von einer Stiftwanne umgeben ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der
Vorrichtung zum Kühlen des elektrisch leitfähigen Kontaktelements,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der
Vorrichtung zum Kühlen des elektrisch leitfähigen Kontaktelements, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der
Vorrichtung zum Kühlen des elektrisch leitfähigen Kontaktelements.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils eine Steckverbindung 10 mit einem elektrisch leitenden Kontaktelement 12 gezeigt. Die Steckverbindung 10 kann Teil einer elektrischen
Komponente sein. Bei der elektrischen Komponente kann es sich beispielsweise um einen Inverter und/oder um ein Ladegerät handeln. Die Steckverbindung 10 ist zumindest teilweise von einem Gehäuse 13 umgeben. Das Gehäuse 13 ist bevorzugt aus einem wärmeleitenden Material gebildet. Das Kontaktelement 12 der Steckverbindung 10 ist von einer Stiftwanne 14 umgeben. Mit anderen Worten ist das Kontaktelement 12 in der Stiftwanne 14 angeordnet. Das Kontaktelement 12 ist insbesondere bolzenförmig ausgebildet. Die Stiftwanne 14 ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet. An einem Ende des Kontaktelements 12, welches insbesondere einem
Gegenkontaktelement (in Figuren nicht gezeigt) zugeordnet ist, ist ein Schirmkontakt 16 angeordnet. Der Schirmkontakt 16 weist eine hohlzylindrische Form auf, welcher das Kontaktelement 12 an dem einen Ende bereichweise umgibt. Der Schirmkontakt 16 ist dazu eingerichtet, elektrische und/oder magnetische Felder abzuschirmen.
Ist das Kontaktelement 12 mit dem Gegenkontaktelement gekoppelt, so erwärmt sich das Kontaktelement 12 gerade an dem einen Ende im Bereich des Schirmkontaktes. Um diese Wärme, eine sogenannte Verlustwärme, von dem Kontaktelement 12 und aus der Stiftwanne 14 abführen zu können, ist das Kontaktelement 12 mit einer Vorrichtung 17 zum Kühlen des Kontaktelements 12 gekoppelt.
In Fig. 1 umfasst die Vorrichtung 17 eine Wärmeleitvorrichtung 18. Die
Wärmeleitvorrichtung 18 umfasst ein wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Element 20, welches außerhalb der Stiftwanne 14 positioniert ist. Das Kontaktelement 12 ist über ein erstes wärmeleitendes elektrisches Verbindungselement 22 und ein zweites wärmeleitendes elektrisches Verbindungselement 24 mit dem elektrisch isolierenden Element 20 gekoppelt. Das erste 22 und das zweite Verbindungselement 24 können als Einheit als ein wärmeleitendes Element angesehen werden. Das erste
Verbindungselement 22 ist von dem Kontaktelement 12 ausgehend, aus der Stiftwanne 14 geführt. Das zweite Verbindungselement 24 ist als Stromschiene zum elektrischen Verbinden des Kontaktelements 12 mit weiteren elektrischen Komponenten (in Figuren nicht gezeigt) ausgebildet. Das zweite Verbindungselement 24 ist mit dem ersten
Verbindungselement 22 über ein Koppelelement 26, welches beispielsweise als Bolzen ausgebildet ist, elektrisch leitend verbunden. In Fig. 1 sind aufeinander folgend das Kontaktelement 12, das erste Verbindungselement 22, das zweite Verbindungselement 24 und das elektrisch isolierende Element 20 aneinander angeordnet. Die Vorrichtung 17 umfasst ferner eine Wärmeabfuhrvorrichtung 28. Die Wärmeabfuhrvorrichtung 28 ist an dem elektrisch isolierenden Element 20 angeordnet. Bei der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 handelt es sich beispielsweise um einen Kühlkreislauf, insbesondere um einen Kühlkreislauf eines Kraftwagens, in dem die Steckverbindung 10, beispielsweise in einem Motorraum, angeordnet ist. Durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 17 wird die Verlustwärme von dem Kontaktelement 12 über das erste Verbindungselement 22, das zweite Verbindungselement 24 und das wärmeleitende und elektrisch isolierende Element 20 an die Wärmeabfuhrvorrichtung 28 abgegeben. In der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 wird bevorzugt ein Kühlmittel gefördert. Bei dem
Kühlmittel kann es sich um Wasser oder um ein Wasser-Glykol-Gemisch handeln. Bei der Übertragung der Verlustwärme an die Wärmeabfuhrvorrichtung 28 wird die
Verlustwärme bevorzugt von dem Kühlmittel aufgenommen.
In Fig. 2 weist die Steckverbindung 10 den gleichen Aufbau, d.h. die aufeinanderfolgende Anordnung des Kontaktelements 12 und dem ersten 22 und zweiten Verbindungselement 24 auf. Nur sind die jeweiligen Elemente der Steckverbindung 10 nicht in einem rechten Winkel zueinander angeordnet, sondern linear aneinander in einer
Haupterstreckungsrichtung des Kontaktelements 12.
Die Wärmeleitvorrichtung 18 ist in Fig. 2 im Gegensatz zu Fig. 1 direkt mit dem
Kontaktelement 12 gekoppelt. Ferner umfasst die Wärmeleitvorrichtung 18 neben dem elektrisch isolierenden Element 20 noch ein wärmeleitendes Element 30. Das
wärmeleitende Element 30 ist bevorzugt aus Metall gebildet. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist das wärmeleitende Element 30 als rechteckiger Metallblock ausgebildet. In Fig. 2 ist das elektrisch isolierende Element 20 der Wärmeleitvorrichtung 18 an dem
Kontaktelement 12 angeordnet. Zwischen dem elektrisch isolierenden Element 20 und der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 ist das wärmeleitende Element 30 angeordnet. Die Wärmeleitvorrichtung 18, welche das wärmeleitende Element 30 und das wärmeleitende und elektrisch isolierende Element 20 umfasst, ist bereichsweise an dem Kontaktelement 12 angeordnet, d.h. die Wärmeleitvorrichtung 18 und das Kontaktelement 12 bilden eine gemeinsame Kontaktfläche aus. Je größer die Kontaktfläche, desto geringer ist der thermische Widerstand und desto besser kann die Verlustwärme von dem
Kontaktelement 12 abgeführt werden. Das elektrisch isolierende Element 20 dient dazu, dass das Kontaktelement 12 elektrisch nicht mit der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 gekoppelt wird. Anstelle einer Anordnung der Wärmeleitvorrichtung 18, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, kann auch das wärmeleitende Element 30 an dem Kontaktelement 12 und das elektrisch isolierende Element 20 an der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 angeordnet sein.
In Fig. 3 ist das wärmeleitende Element 30 anstelle als Metallblock, wie in Fig. 2, als Heatpipe ausgebildet. Der Vorteil der Heatpipe besteht darin, dass dadurch die
Vorrichtung 17 zur Kühlung flexibler ausgestaltet werden kann. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Heatpipe besonders flexibel ausgebildet und kann je nach Entfernung des
Kontaktelements 12 von der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 in ihrer Länge variiert werden. Ferner hat die Heatpipe im Gegensatz zu einem Metallblock den Vorteil, dass die
Kontaktfläche zu dem Element, von dem die Verlustwärme abgeführt werden soll, also dem Kontaktelement 12, kleiner ausgelegt werden kann. Wie bereits zu Fig. 2 erläutert, kann auch in Fig. 3 bei der Anordnung der Wärmeleitvorrichtung 18, entweder das elektrisch isolierende Element 20 oder die Heatpipe das Kontaktelement 12 kontaktieren, solange das elektrisch isolierende Element 20 zwischen der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 und dem Kontaktelement 12 angeordnet ist, damit die Wärmeabfuhrvorrichtung 28 und das Kontaktelement nicht elektrisch leitend verbunden sind.
Um die Wärmeabfuhr der Verlustwärme zu verbessern beziehungsweise um das
Kontaktelement 12 noch besser kühlen zu können, kann die Wärmeleitvorrichtung 18 auch zweimal vorgesehen sein. So kann die Wärmeleitvorrichtung 18 in den Figuren 2 und 3 an dem Kontaktelement 12 und an dem zweiten Verbindungselement 24 angeordnet sein. Wobei beide Wärmeleitvorrichtungen 18 die Verlustwärme an die Wärmeabfuhrvorrichtung 28 übertragen.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 17 zum Kühlen des
Kontaktelements 12 gezeigt. Dabei bildet eine Heatpipe das Kontaktelement 12 und einen Teil der Wärmeleitvorrichtung 18 aus. Die Heatpipe ist mit einer elektrisch leitfähigen Mantelfläche ausgebildet. Über das elektrisch isolierende Element 20 der
Wärmeleitvorrichtung 18 ist die Heatpipe mit der Wärmeabfuhrvorrichtung 28 gekoppelt. An der Heatpipe ist ferner das zweite Verbindungselement 24 angeordnet.
Insgesamt ist somit eine gekühlte Kontaktierung beschrieben.
In den stromführenden Elementen eines Steckverbinders, vor allem an der Kontaktstelle selbst, entsteht aufgrund des elektrischen Widerstands Wärme. Ein großer Querschnitt der stromführenden Teile verbessert die Wärmeabfuhr und reduziert den elektrischen Widerstand der stromführenden Teile. Aufgrund der hohen zu übertragenden Ströme fallen deshalb vor allen Hochvolt-Steckverbinder besonders groß und damit teuer aus.
Eine indirekte Kühlung durch thermische Anbindung der Stromschiene an ein Kühlsystem (z.B. durch eine Wärmeleitmatte) kann durch eine direkte Kühlung durch Anbindung der Kontaktierung an ein Kühlsystem erfolgen. Die direkte Kontaktierung kann dabei durch die Nutzung einer Heatpipe erfolgen, indem die Heatpipe die Verlustwärme von dem Kontaktelement des Steckverbinders abführt. Das Kontaktelement kann zur direkten Kühlung aber auch selbst als Heatpipe ausgebildet sein.
Der Einsatz einer Heatpipe erscheint besonders vorteilhaft, da sie bei geringem thermischem Widerstand den Weg zur Kühlung, beispielsweise einem Kühlsystem eines Kraftwagens, innerhalb der Komponente überbrücken kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (17) zum Kühlen eines von einer Stiftwanne (14) umgebenen elektrisch leitfähigen Kontaktelements (12) einer Steckverbindung (10), wobei die Vorrichtung (17) eine Wärmeleitvorrichtung (18) umfasst, welche mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (12) gekoppelt ist, wobei eine Verlustwärme von dem
Kontaktelement (12) über die Wärmeleitvorrichtung (18) aus der Stiftwanne (14) heraus ableitbar ist.
2. Vorrichtung (17) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeleitvorrichtung (18) ein erstes wärmeleitendes Element (30) und ein zweites wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Element (20) umfasst.
3. Vorrichtung (17) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste wärmeleitende Element (30) aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, gebildet ist.
4. Vorrichtung (17) nach Anspruch 2 oder 3,
durch gekennzeichnet, dass
das erste wärmeleitende Element (30) als Heatpipe ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (17) ferner eine Wärmeabfuhrvorrichtung (28) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel zu fördern, wobei die Wärmeleitvorrichtung (18) mit der Wärmeabfuhrvorrichtung (28) gekoppelt ist und die Verlustwärme an die Wärmeabfuhrvorrichtung (28) überträgt.
6. Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Kontaktelement (12) mit einem elektrischen Verbindungselement (24) gekoppelt ist, welches insbesondere als Stromschiene ausgebildet ist, zum elektrischen Verbinden des elektrisch leitenden Kontaktelements (12) mit einem weiteren elektrischen Element.
7. Vorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (12) als Teil einer Heatpipe mit einer elektrisch leitfähigen Mantelfläche ausgebildet ist und der übrige Teil der Heatpipe die
Wärmeleitvorrichtung (18) bildet.
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