DE102012019884B4

DE102012019884B4 - Skalierbares Verbindersystem für parallele Stromkreise

Info

Publication number: DE102012019884B4
Application number: DE102012019884.1A
Authority: DE
Inventors: Slobodan Pavlovic; David Menzies; Reinhard Pusch; Michael Hardy
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: US8408944B1; DE102012019884A1; CN103112413A; CN103112413B

Abstract

Hochspannungsverbindersystem (40), umfassend:
- einen ersten Kopfteil (46) zum Verbinden mit einem ersten elektronischen Gerät (42), wobei der erste Kopfteil (46) eine erste Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass ein von dem ersten elektronischen Gerät (42) lieferbarer erster elektrischer Hochspannungsstrom (I¹) in eine Mehrzahl von Unterströmen (I¹ ₁;I¹ ₂;...;I^m _s) teilbar ist;
- einen ersten Verbinder (48), welcher sich mit dem ersten Kopfteil (46) verbindet, wobei der erste Verbinder (48) eine erste Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (62¹;62²;...;62^2m) der ersten Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) in Kontakt steht;
- einen zweiten Kopfteil (50) zum Verbinden mit einem zweiten elektronischen Gerät (44), wobei der zweite Kopfteil (50) eine zweite Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass die Mehrzahl von Unterströmen (I¹ ₁;I¹ ₂;...;I^m _s) miteinander verbindbar ist, um den ersten elektrischen Hochspannungsstrom (11) wieder auszubilden, wobei der erste elektrische Hochspannungsstrom (11) an das zweite elektronische Gerät (44) lieferbar ist;
- einen zweiten Verbinder (52), welcher sich mit dem zweiten Kopfteil (50) verbindet, wobei der zweite Verbinder (52) eine zweite Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (72¹;72²;...;72^2m) der zweiten Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) in Kontakt steht; und
- eine Mehrzahl (54) von Drähten (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s), wobei jeder Draht (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s) elektrisch eine Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) mit einer Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) verbindet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbindersysteme für Hochspannungsanwendungen und insbesondere elektrische Verbindersysteme in Hybridelektrofahrzeugen.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge werden zunehmend populärer. Solche Fahrzeuge besitzen typischerweise eine Hochspannungsbatterie und einen batteriebetriebenen Elektromotor. Zusätzlich umfassen diese Fahrzeuge gewöhnlich Wechselrichter, Generatoren, Verteilerkästen und andere Hochspannungskomponenten.
Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge erfordern elektrische Verbindersysteme, welche bei Hochspannung und Strömen zwischen 150 Ampere bis 400 Ampere betrieben werden können. Solche Verbindersysteme umfassen typischerweise sehr dicke Verdrahtungen, welche relativ steif sein können, was ihre Integration in solche Fahrzeuge schwierig gestaltet. Dickere Drähte neigen dazu, etwas ineffizient in Bezug auf Wärmeableitung zu sein. Die hohen Ströme und die Wärmeerfordernisse bedingen den Einsatz von Kupferdraht, welcher sowohl teurer als auch schwerer ist als Metalle wie Aluminium. Gewichtsverringerung ist besonders wichtig bei Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten elektrischen Verbindersystemen für Elektro- und Hybridelektrofahrzeuganwendungen.
Aus der DE 198 46 626 A1 ist eine Hochstromverbindung zum elektrischen Verbinden zweier Hochstromleiter bekannt, wobei die Hochstromverbindung zumindest ein elastisches Verbindungselement mit zwei Enden aufweist, die je mit einem der Hochstromleiter verbunden sind, und wobei zumindest ein Ende des elastischen Verbindungselementes in eine Hülse eingesteckt ist. Dabei ist für jeden zu verbindenden Einzelleiter ein separates Verbindungselement vorgesehen.
In der US 2,384,267 ist ein Steckverbinder mit einem ersten und zweiten Anschluss offenbart, wobei die Anschlüsse derart ausgebildet sind, dass zwei Steckverbinder miteinander verbindbar sind, indem der erste Anschluss des einen mit dem zweiten Anschluss des anderen Steckverbinders und der zweite Anschluss des einen mit dem ersten Anschluss des anderen Steckverbinders in Eingriff kommt. Die zwei Anschlüsse eines Steckverbinders können über eine Sammelschiene parallelverbunden sein. Mehrere Steckverbinder können zu einer Steckverbinderanordnung mit einzelnen Paaren von ersten und zweiten Anschlüssen gruppiert sein.
Die DE 10 2011 082 897 A1 offenbart eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher, wobei die Ladevorrichtung eine Ladequelle, einen Ladestecker, eine Ladebuchse, ein Ladesteuergerät, ein Wechselstrom ladegerät und ein Leistungsschaltmittel umfasst und die Ladebuchse sieben elektrisch belegbare Kontakte umfasst, wobei der erste Kontakt als Pilotkontakt über eine Pilotleitung mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der zweite Kontakt als Proximitykontakt über eine Proxyleitung mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der dritte Kontakt als Schutzleiterkontakt über eine Schutzleitung mit Fahrzeugmasse verbunden ist, der vierte Kontakt als Neutralleiterkontakt über eine Neutralleitung mit dem Wechselstrom ladegerät verbunden ist, und der fünfte Kontakt als Phase-1-Kontakt über eine Phase-1-Leitung mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist, und der sechste Kontakt als positiver Gleichstromkontakt über eine DC-plus-Leitung und über das Leistungstrennmittel mit dem Energiespeicher verbindbar ist, und der siebte Kontakt als negativer Gleichstromkontakt über eine DC-minus-Leitung und über das Leistungstrennmittel mit dem Energiespeicher verbindbar ist, wobei die DC-plus-Leitung über eine erste elektrische Zweigleitung mit der Neutralleitung oder der Phase-1-Leitung verbunden ist, und die DC-minus-Leitung über eine zweite elektrische Zweigleitung mit der Neutralleitung oder der Phase-1-Leitung verbunden ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst eines oder mehrere Probleme des Stands der Technik, indem sie mindestens in einer Ausführungsform ein Hochspannungsverbindersystem zum elektrischen Verbinden elektronischer Geräte in einem Elektro- und/oder Hybridelektrofahrzeug bereitstellt. Das System umfasst auch einen ersten Kopfteil zum Verbinden mit einem ersten elektronischen Gerät, welches einen ersten elektrischen Hochspannungsstrom abgibt, einen ersten Verbinder, welcher sich mit dem ersten Kopfteil verbindet, einen zweiten Kopfteil zum Verbinden mit einem zweiten elektronischen Gerät, welches den ersten elektrischen Hochspannungsstrom empfängt, wobei ein zweiter Verbinder mit dem zweiten Kopfteil verbindet, und eine Mehrzahl von Drähten, welche den ersten Verbinder und den zweiten Verbinder verbinden. Der erste Kopfteil umfasst eine Mehrzahl von Kopfteilklemmen, welche miteinander elektrisch verbunden sind, so dass der erste elektrische Hochspannungsstrom in eine Mehrzahl von Unterströmen aufgeteilt wird. Der erste Verbinder weist eine erste Mehrzahl von Verbinderklemmen auf, so dass jede Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme in der ersten Mehrzahl von Kopfteilklemmen in Verbindung steht. Der zweite Kopfteil weist eine zweite Mehrzahl von Kopfteilklemmen auf, welche elektrisch miteinander verbunden sind, so dass die Mehrzahl von Unterströmen miteinander verbunden wird, um den ersten elektrischen Hochspannungsstrom wieder auszubilden. Der zweite Verbinder umfasst eine zweite Mehrzahl von Verbinderklemmen, so dass jede Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen elektrisch eine Kopfteilklemme in der zweiten Mehrzahl von Kopfteilklemmen kontaktiert. Schließlich verbindet jeder Draht in der Mehrzahl von Drähten elektrisch eine Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl von Verbinderklemmen mit einer Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Hochspannungsverbindersystem bereitgestellt. Das System umfasst auch einen ersten Kopfteil zum Verbinden mit dem ersten elektronischen Hochspannungsgerät, welches eine Mehrzahl von Hochspannungsströmen ausgibt, einen ersten Verbinder, welcher sich mit dem ersten Kopfteil verbindet, einen zweiten Kopfteil zum Verbinden mit dem zweiten elektronischen Gerät, welches die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen empfängt, einen zweiten Verbinder, welcher sich mit dem zweiten Kopfteil verbindet, und eine Mehrzahl von Drähten. Der erste Kopfteil umfasst eine erste Mehrzahl von Kopfteilklemmen. Die Kopfteilklemmen in der Mehrzahl von Kopfteilklemmen sind elektrisch miteinander so verbunden, dass jeder elektrische Hochspannungsstrom in der Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen in einen Satz Unterströme geteilt wird. Der erste Verbinder umfasst eine erste Mehrzahl von Verbinderklemmen. Jede Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl von Verbinderklemmen kontaktiert eine Kopfteilklemme in der ersten Mehrzahl von Kopfteilklemmen elektrisch. Der zweite Kopfteil umfasst eine zweite Mehrzahl von Kopfteilklemmen, welche miteinander elektrisch so verbunden sind, dass jeder Satz von Unterströmen zusammengefügt wird, um die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen wieder auszubilden. Der zweite Verbinder umfasst eine zweite Mehrzahl von Verbinderklemmen. Jede Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen kontaktiert eine Kopfteilklemme in der zweiten Mehrzahl von Kopfteilklemmen elektrisch. Jeder Draht verbindet eine Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl von Verbinderklemmen mit einer Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen elektrisch.
Vorteilhafterweise erlauben die Ausführungsformen der Erfindung den Einsatz von vielen kleiner bemessenen Klemmen und kleiner bemessenen mehrfachen parallelen Drähten, um einen starken Strom von einer Seite einer betriebsfähigen Schnittstelle zu einer anderen zu übertragen. Dies stellt den Unterschied zur normalen Anordnung dar, in welcher größere Klemmen und ein einzelner größerer Draht verwendet werden, um den gleichen Strom zu übertragen. Der Einsatz von kleineren parallelen Drähten mit der gleichen Gesamtquerschnittsfläche wie ein gegebener einzelner größerer Draht erlaubt eine bessere Wärmeableitung, wodurch die Übertragung eines stärkeren Stroms bei gleichem Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur als der einzelne Draht ermöglicht wird. Im Falle von Wechselströmen weisen parallele Drähte mit der gleichen Gesamtquerschnittsfläche wie ein vorgegebener einzelner größerer Draht eine größere wirksame Querschnittsfläche aufgrund des Skineffekts auf. In ähnlicher Weise erlaubt der Einsatz von kleineren mehrfachen Klemmen ebenfalls eine bessere Wärmeableitung, indem eine größere Wärmeableitungsfläche bereitgestellt wird, und eine größere Drahtkontaktfläche. Schließlich erlaubt das Verbindersystem die einfache Umsetzung aufgrund der relativen Einfachheit beim Handhaben von kleineren Drähten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs, welches eine Ausführungsform eines Hochspannungsverbindersystems umsetzt;
2A und 2B stellen schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines Hochspannungsverbindersystems bereit;
3A, 3B, 3C und 3D stellen schematische Darstellungen bereit, welche die Verbindung von Kopfteilklemmen mit Verbinderklemmen zeigen;
4A und 4B stellen schematische Darstellungen eines Hochspannungsverbindersystems zum Verbinden von Geräten mit einer Mehrzahl von Hochspannungsströmen bereit;
5 ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems zum Verbinden eines elektronischen Geräts mit einer Mehrzahl von anderen Geräten;
6 ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems, welches zum Verbinden von Drehstrom-Geräten geeignet ist;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Kopfteils mit sechs Kopfteilklemmen;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbinders mit sechs Verbinderklemmen; und
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbinders mit vier Verbinderklemmen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Bezug wird nun detailliert auf derzeit bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung genommen, welche die besten Weisen der Umsetzung der Erfindung darstellen, wie sie derzeit den Erfindern bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Jedoch versteht es sich von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen bloß beispielspielhaft für die Erfindung sind, welche in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Daher dürfen besondere Details, welche hierin offenbart werden, nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern bloß als eine veranschaulichende Grundlage für beliebige Aspekte der Erfindung und/oder als eine veranschaulichende Grundlage zur Unterweisung von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik, um die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen.
Außer in den Beispielen oder wo dies ausdrücklich anders gekennzeichnet ist, verstehen sich alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, welche Mengen von Material oder Reaktionsbedingungen und/oder Einsatzbedingungen bezeichnen, in der Beschreibung des weitesten Umfangs der Erfindung als modifiziert durch das Wort „ungefähr“. Eine Umsetzung innerhalb der festgestellten numerischen Grenzen wird im Allgemeinen bevorzugt. Auch sind, außer wenn ausdrücklich Gegensätzliches angegeben wird, Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte gewichtsbezogen; umfasst die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als geeignet oder bevorzugt für einen gegebenen Zweck in Verbindung mit der Erfindung, dass Mischungen von zwei oder mehr beliebigen Elementen der Gruppe oder Klasse gleich geeignet oder bevorzugt sind; auch erstreckt sich die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung auf alle hierin nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt auch mutatis mutandis für normale grammatische Variationen der anfänglich definierten Abkürzung; und, außer wenn ausdrücklich Gegensätzliches angegeben wird, wird das Messen einer Eigenschaft durch dieselbe Technik, wie zuvor oder später für die selbe Eigenschaft zitiert, ausgeführt.
Es versteht sich auch von selbst, dass diese Erfindung nicht durch die besonderen Ausführungsformen und Verfahren, wie unten beschrieben, eingeschränkt ist, da besondere Komponenten und/oder die Bedingungen sich natürlich verändern können. Des Weiteren wird die Terminologie, welche hierin verwendet wird, nur für den Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet und ist nicht als in irgendeiner Weise einschränkend gedacht.
Es muss ebenfalls beachtet werden, dass, wie in der Beschreibung und den anhängigen Ansprüchen verwendet, die Einzahlform „ein/eine, eines“ und „der/die/das“ Mehrzahlbezüge umfassen, außer der Kontext verlangt es ausdrücklich anders. Zum Beispiel umschließt die Bezeichnung einer Komponente in der Einzahl eine Mehrzahl von Komponenten.
Der Begriff „Hochspannungsstrom“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf den Strom, welcher von einer Spannung von 100 Volt oder höher abgeleitet ist. Der Hochspannungsstrom ist typischerweise größer als oder gleich 100 Ampere. In vielen Anwendungen reicht der Hochspannungsstrom von über 100 A bis ungefähr 600 A oder höher. Es sollte bedacht werden, dass höhere Ströme dickere Drähte und größere Klemmen erfordern.
Mit Bezugnahme auf 1 wird eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs, welches eine Ausführungsform eines Hochspannungsverbindersystems umsetzt, dargestellt. Das Hybridelektrofahrzeug 10 umfasst elektronische Geräte 12 bis 22. Der Generator 12 wird durch den Benzinmotor 24 angetrieben, welcher dazu verwendet wird, die Batterie 16 über den Wechselrichter 14 zu laden. In gleicher Weise stellt die Batterie 16 Energie für den Elektromotor 22 über den Wechselrichter 20 durch Umwandeln von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) bereit. Typischerweise wird der Elektromotor 22 durch Drehstrom betrieben. Der Verteilerkasten 18 wird dazu verwendet, Strom von der Batterie 16 zu verschiedenen Geräten im Hybridelektrofahrzeug bereitzustellen, darunter, aber nicht beschränkt darauf, der Wechselrichter 20. Die elektronischen Geräte 12 bis 22 sind elektrisch durch die Verbindersysteme 26 bis 34 verbunden, wie in 1 dargestellt. Die Details der Hochspannungsverbindersysteme, welche für eines oder für mehrere der Verbindersysteme 26 bis 34 verwendet werden können, sind im Folgenden dargelegt.
Mit Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A, 3B, 3C und 3D sind schematische Darstellungen, welche ein Hochspannungsverbindersystem zum elektrischen Verbinden von elektronischen Geräten in einem Hybridelektrofahrzeug darstellen, bereitgestellt. 2A ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems, welches Stecker in den Kopfteilen und zum elektrischen Verbinden von zwei elektronischen Komponenten verwendet. 2B ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems, welches Buchsen in den Kopfteilen und zum elektrischen Verbinden von zwei elektronischen Komponenten verwendet. 3A, 3B, 3C und 3D stellen schematische Darstellungen bereit, welche die Verbindung von Kopfteilklemmen mit Verbinderklemmen zeigen. Das Hochspannungsverbindersystem 40 verbindet das erste elektronische Gerät 42, welches einen ersten elektrischen Hochspannungsstrom I¹ ausgibt, mit dem zweiten elektronischen Gerät 44, welches den ersten elektrischen Hochspannungsstrom I¹ empfängt. Der Hochspannungsstrom I¹ kann entweder Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) sein. Typischerweise arbeiten das erste elektronische Gerät 42 und das zweite elektronische Gerät 44 mit Spannungen, die höher als ungefähr 100 V sind, und mit Strömen von ungefähr 150 A bis ungefähr 600 A oder mehr. In einer Verbesserung arbeiten das erste elektronische Gerät 42 und das zweite elektronische Gerät 44 mit Spannungen, die höher als ungefähr 200 V sind. Das Hochspannungsverbindersystem 40 umfasst auch einen ersten Kopfteil 46 zum Verbinden mit dem ersten elektronischen Gerät 42, einen ersten Verbinder 48, welcher sich mit dem ersten Kopfteil verbindet, einen zweiten Kopfteil 50 zum Verbinden mit dem zweiten elektronischen Gerät 44, einen zweiten Verbinder 52, welcher sich mit dem zweiten Kopfteil 50 verbindet, und eine Mehrzahl 54 von Drähten. Der erste Kopfteil 46 umfasst eine erste Mehrzahl 60 von Kopfteilklemmen 62¹ , 62² , welche elektrisch miteinander so verbunden sind, dass der erste Strom I¹ in eine Mehrzahl von parallelen Unterströmen I¹ ₁ , I¹ ₂ geteilt wird. Der erste Verbinder 48 umfasst eine erste Mehrzahl 64 von Verbinderklemmen 66¹ , 66² , so dass jede Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl 64 von Verbinderklemmen elektrisch eine Kopfteilklemme in der ersten Mehrzahl 60 von Kopfteilklemmen kontaktiert. Der zweite Kopfteil 50 weist eine zweite Mehrzahl 70 von Kopfteilklemmen 72¹ , 72² auf, welche elektrisch miteinander so verbunden sind, dass die Mehrzahl von Unterströmen I¹ ₁ , I¹ ₂ zusammengefügt wird, um den ersten elektrischen Strom wieder auszubilden. Der zweite Verbinder 52 umfasst eine zweite Mehrzahl 74 von Verbinderklemmen 76¹ , 76² , so dass jede Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen elektrisch eine Kopfteilklemme in der zweiten Mehrzahl von Kopfteilklemmen kontaktiert. Schließlich verbindet jeder Draht 56¹ ₁ , 56¹ ₂ , in der Mehrzahl 54 von Drähten elektrisch eine Verbinderklemme in der ersten Mehrzahl von Verbinderklemmen mit einer Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl von Verbinderklemmen.
Obwohl 2A und 2B ein Beispiel darstellen, in welchem die erste Mehrzahl 60 und die zweite Mehrzahl 70 von Kopfteilklemmen und die erste Mehrzahl 66 und die zweite Mehrzahl 76 von Verbinderklemmen jeweils nur zwei Klemmen umfassen, so sollte beachtet werden, dass praktisch jede beliebige Anzahl (n) an Klemmen eingesetzt werden kann, um I¹ in n Unterströme zu teilen und dann die n Unterströme wiederzuverbinden. Typischerweise ist n eine ganze Zahl von 2 bis 20. In einer Verbesserung ist n 2 bis 4.
In einer Verbesserung ist die Querschnittsfläche der Drähte 56¹ ₁ , 56¹ ₂ geringer als die Querschnittsfläche eines einzelnen Drahtes, der in der Lage ist, den ersten Strom vom ersten zum zweiten elektronischen Gerät zu leiten. Allgemein gesagt, beträgt die kumulierte Querschnittsfläche der Drähte 56¹ ₁ , 56¹ ₂ von 70% bis ungefähr 130% der Querschnittsfläche eines einzelnen Drahtes, welcher in der Lage ist, den ersten Strom vom ersten zum zweiten elektronischen Gerät zu leiten. Wie oben dargelegt, erlaubt die Verwendung kleinerer paralleler Drähte der gleichen Gesamtquerschnittsfläche wie ein gegebener einzelner größerer Draht bessere Wärmeableitung, wodurch die Übertragung eines stärkeren Stroms bei gleichem Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur als bei dem einzelnen Draht ermöglicht wird. Im Falle von AC-Strömen weisen parallele Drähte von derselben Gesamtquerschnittsfläche wie ein gegebener einzelner größerer Draht eine größere Wirkquerschnittsfläche aufgrund des Skineffekts auf. In ähnlicher Weise erlaubt der Einsatz kleinerer mehrfacher Klemmen ebenfalls eine bessere Wärmeableitung, indem eine größere Wärmeableitungsoberfläche und eine größere Drahtkontaktoberfläche 2 bereitgestellt wird. Die Parallelverdrahtung, welche in den Hochspannungsverbindersystemen verwendet wird, ermöglicht es, dass einzelne Kupferdrähte einer gewissen Stärke durch zwei Aluminiumdrähte desselben kumulativen Querschnitts ersetzt werden können. In den Fällen, wo ein einzelner Kupferdraht durch einen einzelnen Aluminiumdraht ersetzt wird, muss die Dicke des Aluminiumleiters um 50% erhöht werden, um den gleichen Strom leiten zu können. Zum Beispiel weist ein einzelner 95 mm² Kupferdraht einen Nennstrom von 455A ununterbrochenen Stroms auf, während ein einzelner 59 mm² Aluminiumdraht einen Nennstrom von 225A ununterbrochenen Stroms besitzt. Daher können zwei Aluminiumdrähte 510A leiten. Aus diesen technischen Daten ergibt sich, dass ein einzelner Kupferdraht 4,8 A/mm² leitet, während zwei Aluminiumdrähte 4,3 A/mm² leiten. Zwei Aluminiumdrähte mit einem kumulativen Querschnitt von 95 mm² können 410A leiten, gegenüber 450A für einen Kupferdraht. Daher kann der Kupferdraht durch zwei Aluminiumdrähte von ungefähr der gleichen Querschnittsfläche ersetzt werden. Schließlich ermöglichen die Verbindersysteme die einfache Umsetzung wegen der relativen Einfachheit beim Handhaben von dünneren Drähten.
Mit Bezugnahme auf 3A, 3B, 3C und 3D werden schematische Darstellungen von verschiedenen Kopfteilklemmen- und Verbinderklemmenkonfigurationen bereitgestellt. 3A und 3B liefern ein Beispiel, in welchem die Kopfteilklemmen 62¹ , 62² , 72¹ , 72² Stecker sind, während die Verbinderklemmen 66¹ , 66² , 76¹ , 76² Buchsen sind. 3C und 3D liefern ein Beispiel, in welchem die Kopfteilklemmen 62¹ , 62² , 72¹ , 72² Buchsen sind, während die Verbinderklemmen 66¹ , 66² , 76¹ , 76² Stecker sind. Allgemein wird bevorzugt, dass die Verbinderklemmen Buchsenverbinder sind, so dass die Klemmen geschützt im Verbindergehäuse positioniert werden können, wodurch sich Belastungs/Führungs-Merkmale ergeben. In dieser Variation sind die Kopfteilklemmen Stecker. Stecker sind aus einer einzelnen Metallklinge ausgebildet, wobei Buchsen solche Klingen an beiden Seiten kontaktieren (d.h. einpassen). In dieser Variation sind die Buchsen mit einem einzigen Draht geklemmt, wobei jeder einzelne Schaltkreis einen Draht und eine Buchse an jedem Ende aufweist und eine definierte Strommenge leitet.
Nochmals mit Bezugnahme auf 3A, 3B, 3C und 3D wird eine Metallbusschiene 78 eingesetzt, um die Kopfteilklemmen 62¹ und 62² miteinander zu verbinden. In ähnlicher Weise wird die Metallbusschiene 79 verwendet, um die Kopfteilklemmen 72¹ und 72² miteinander zu verbinden. In Konfigurationen, in welchen der elektrische Strom in mehr als 2 Unterströme geteilt wird, verbinden die Busschienen mehr als 2 Kopfteilklemmen.
Mit Bezugnahme auf 4A und 4B wird ein Hochspannungsverbindersystem bereitgestellt. 4A ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems, welches Stecker in den Kopfteilen und zum elektrischen Verbinden zweier elektronischer Komponenten verwendet. 4B ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungsverbindersystems, welches Buchsen in den Kopfteilen und zum elektrischen Verbinden zweier elektronischer Komponenten verwendet. Das Hochspannungsverbindersystem 80 verbindet das erste elektronische Gerät 42, welches eine Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen I¹ bis I^m ausgibt, elektrisch mit dem zweiten elektronischen Gerät 44, welches die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen I¹ bis I^m empfängt. Typischerweise ist m eine ganze Zahl von 1 bis 20. In den meisten Abänderungen ist m 1, 2, 3, 4, 5 oder 6. Das System umfasst einen ersten Kopfteil 46 zum Verbinden mit dem ersten elektronischen Gerät 42, einen ersten Verbinder 48, welcher sich mit dem ersten Kopfteil 46 verbindet, einen zweiten Kopfteil 50 zum Verbinden mit dem zweiten elektronischen Gerät 44, einen zweiten Verbinder 52, welcher sich mit dem zweiten Kopfteil 50 verbindet, und eine Mehrzahl von Drähten 54. Der erste Kopfteil 46 umfasst eine erste Mehrzahl 60 von Kopfteilklemmen 62¹ bis 62^2m . Untergruppen der Kopfteilklemmen 62¹ bis 62^2m sind elektrisch miteinander so verbunden, dass jeder elektrische Hochspannungsstrom I^m in einen Satz von parallelen Unterströmen I^m ₁ bis I^m _s aufgeteilt wird, wobei s eine ganze Zahl ist. Typischerweise ist s 2, 3 oder 4. In vielen Anwendungen ist s 2, wie im Besonderen in 4 dargestellt. Der erste Verbinder 48 umfasst eine erste Mehrzahl 64 von Verbinderklemmen 66¹ bis 66^2m . Jede Verbinderklemme 66¹ bis 66^2m kontaktiert eine Kopfteilklemme 62¹ bis 62^2m . Der zweite Kopfteil 50 weist eine zweite Mehrzahl 70 von Kopfteilklemmen 72¹ bis 72^2m auf. Untergruppen von Kopfteilklemmen 72¹ bis 72^2m sind elektrisch miteinander so verbunden, dass jeder Satz von Unterströmen I^m ₁ bis Ims miteinander verbunden wird, um die Mehrzahl von Hochspannungsströmen Im wieder auszubilden. Der zweite Verbinder 52 umfasst eine zweite Mehrzahl 74 von Verbinderklemmen 76¹ bis 76^2m . Jede Verbinderklemme 76¹ bis 76^2m kontaktiert elektrisch eine Kopfteilklemme 72¹ bis 72^2m . Jeder Draht 56¹ ₁ bis 56^m _s verbindet eineVerbinderklemme in der ersten Mehrzahl 64 von Verbinderklemmen mit einer Verbinderklemme in der zweiten Mehrzahl 74 von Verbinderklemmen.
Mit Bezugnahme auf 5 wird eine schematische Darstellung eines Verbindersystems bereitgestellt, welches ein erstes elektronisches Gerät mit einer Mehrzahl von anderen Geräten verbindet. In der vorliegenden Variation verbindet das Verbindersystem 80 das erste elektronische Gerät 42 mit einer Mehrzahl von Geräten 44¹ bis 44^m. Man sollte zu schätzen wissen, dass die elektrische Verbindung von Untergruppen der Kopfteilklemmen 62¹ bis 62^2m und der Untergruppen der Kopfteilklemmen 72¹ bis 72^2m unter Verwendung einer Busschiene gestaltet werden kann, wie in 3A und 3B dargestellt.
Mit Bezugnahme auf 6 wird ein besonderes Beispiel des Verbindersystems aus 4A und 4B bereitgestellt, welches zum Verbinden von Drehstromgeräten geeignet ist. Dieses Beispiel veranschaulicht, dass wenigstens sechs Kopfteilklemmen 62¹ bis 62^2m im ersten Kopfteil 46, wenigstens sechs Kopfteilklemmen 72¹ bis 72^2m im zweiten Kopfteil 50, wenigstens sechs Verbinderklemmen 66¹ bis 66^2m im ersten Verbinder 48 und wenigstens sechs Verbinderklemmen 76¹ bis 76^2m im ersten Verbinder 52 zum Verbinden von Drehstromgeräten 42 und 44 notwendig sind.
Mit Bezugnahme auf 7 und 8 werden schematische Darstellungen eines Kopfteils und eines Verbinders, jeweils mit sechs Klemmen, bereitgestellt. Der Kopfteil 110 umfasst die Kopfteilklemmen 112 bis 122, welche in Vertiefungen im Gehäuse 124 angebracht sind. Die Kopfteilklemmen 112 bis 122 sind Stecker. Der Verbinder 130 umfasst die Verbinderklemmen 132 bis 142, welche im Gehäuse 144 angebracht sind. Die Verbinderklemmen 132 bis 142 sind Buchsen. Die Drähte 150 bis 162 stehen in elektrischer Verbindung mit den Verbinderklemmen 132 bis 142.
Mit Bezugnahme auf 9 wird eine schematische Darstellung eines Verbinders mit vier Klemmen bereitgestellt. Der Verbinder 160 umfasst die Verbinderklemmen 162 bis 168, welche im Gehäuse 170 angebracht sind. Die Verbinderklemmen 162 bis 168 sind Buchsen. Die Drähte 172 bis 178 stehen in elektrischer Verbindung mit den Verbinderklemmen 132 bis 142.
Während Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, besteht dennoch nicht die Absicht, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung veranschaulichen und beschreiben. Vielmehr sind die Wörter, welche in der Patentschrift verwendet wurden, Wörter der Beschreibung statt der Einschränkung, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Hochspannungsverbindersystem (40), umfassend: - einen ersten Kopfteil (46) zum Verbinden mit einem ersten elektronischen Gerät (42), wobei der erste Kopfteil (46) eine erste Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass ein von dem ersten elektronischen Gerät (42) lieferbarer erster elektrischer Hochspannungsstrom (I¹) in eine Mehrzahl von Unterströmen (I¹ ₁;I¹ ₂;...;I^m _s) teilbar ist; - einen ersten Verbinder (48), welcher sich mit dem ersten Kopfteil (46) verbindet, wobei der erste Verbinder (48) eine erste Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (62¹;62²;...;62^2m) der ersten Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) in Kontakt steht; - einen zweiten Kopfteil (50) zum Verbinden mit einem zweiten elektronischen Gerät (44), wobei der zweite Kopfteil (50) eine zweite Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass die Mehrzahl von Unterströmen (I¹ ₁;I¹ ₂;...;I^m _s) miteinander verbindbar ist, um den ersten elektrischen Hochspannungsstrom (11) wieder auszubilden, wobei der erste elektrische Hochspannungsstrom (11) an das zweite elektronische Gerät (44) lieferbar ist; - einen zweiten Verbinder (52), welcher sich mit dem zweiten Kopfteil (50) verbindet, wobei der zweite Verbinder (52) eine zweite Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (72¹;72²;...;72^2m) der zweiten Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) in Kontakt steht; und - eine Mehrzahl (54) von Drähten (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s), wobei jeder Draht (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s) elektrisch eine Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) mit einer Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) verbindet.
Hochspannungsverbindersystem (40) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl (54) von Drähten (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^2m _s) Aluminiumdrähte umfasst.
Hochspannungsverbindersystem (40) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Mehrzahl (64;74) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m; 76¹;76²;...;76^2m) jeweils Buchsenklemmen und die erste und die zweite Mehrzahl (60;70) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m; 72¹;72²;...;72^2m) jeweils Steckerklemmen umfassen.
Hochspannungsverbindersystem (40) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Mehrzahl (64;74) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m; 76¹;76²;...;76^2m) jeweils Steckerklemmen und die erste und die zweite Mehrzahl (60;70) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m; 72¹;72²;...;72^2m) jeweils Buchsenklemmen umfassen.
Hochspannungsverbindersystem (40) nach Anspruch 1, wobei der erste Hochspannungsstrom (I¹) in zwei Unterströme (I¹ ₁;I¹ ₂) teilbar ist.
Hochspannungsverbindersystem (40) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Mehrzahl (64;74) von Verbinderklemmen jeweils aus zwei Verbinderklemmen (66¹;66²; 76¹;76²) und die erste und die zweite Mehrzahl (60;70) von Kopfteilklemmen jeweils aus zwei Kopfteilklemmen (62¹;62²; 72¹;72²) bestehen.
Hochspannungsverbindersystem (80), umfassend: - einen ersten Kopfteil (46) zum Verbinden mit einem ersten elektronischen Gerät (42), wobei der erste Kopfteil (46) eine erste Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen umfasst, wobei die Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) der Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen elektrisch miteinander so verbunden sind, dass jeder von einer von dem ersten elektronischen Gerät (42) lieferbaren Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹; I²;...; I^m) in einen Satz von Unterströmen (I¹ ₁;I¹ ₂;...;I^m _s) teilbar ist; - einen ersten Verbinder (48), welcher sich mit dem ersten Kopfteil (46) verbindet, wobei der erste Verbinder (48) eine erste Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (62¹;62²;...;62^2m) der ersten Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) in Kontakt steht; - einen zweiten Kopfteil (50) zum Verbinden mit einer Mehrzahl von anderen Geräten (44¹;44²;...;44^m), wobei der zweite Kopfteil (50) eine zweite Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass jeder Satz von Unterströmen (I^m ₁; I^m ₂;...; I^m _s) miteinander verbindbar ist, um die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹;I²;...;I^m) wieder auszubilden, wobei die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹; I²;...; I^m) an die Mehrzahl von anderen Geräten (44¹;44²;...;44^m) lieferbar ist; - einen zweiten Verbinder (52), welcher sich mit dem zweiten Kopfteil (46) verbindet, wobei der zweite Verbinder (52) eine zweite Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (72¹;72²;...;72^2m) der zweiten Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) in Kontakt steht; und - eine Mehrzahl (54) von Drähten (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s), wobei jeder Draht (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s) elektrisch eine Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) mit einer Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) verbindet.
Hochspannungsverbindersystem (80), umfassend: - einen ersten Kopfteil (46) zum Verbinden mit einem ersten elektronischen Gerät (42), wobei der erste Kopfteil (46) eine erste Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen umfasst, wobei die Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) der Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen elektrisch miteinander so verbunden sind, dass jeder von einer von dem ersten elektronischen Gerät (42) lieferbaren Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹; I²;...; I^m) in einen Satz von Unterströmen (I^m ₁; I^m ₂;...; I^m _s) teilbar ist; - einen ersten Verbinder (48), welcher sich mit dem ersten Kopfteil (46) verbindet, wobei der erste Verbinder (48) eine erste Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (62¹;62²;...;62^2m) der ersten Mehrzahl (60) von Kopfteilklemmen (62¹;62²;...;62^2m) in Kontakt steht; - einen zweiten Kopfteil (50) zum Verbinden mit einem zweiten elektronischen Gerät (44), wobei der zweite Kopfteil (50) eine zweite Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) umfasst, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass jeder Satz von Unterströmen (I^m ₁; I^m ₂;...; I^m _s) miteinander verbindbar ist, um die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹; I²;...; I^m) wieder auszubilden, wobei die Mehrzahl von elektrischen Hochspannungsströmen (I¹;I²;...;I^m) an das zweite elektronische Gerät (44) lieferbar ist; - einen zweiten Verbinder (52), welcher sich mit dem zweiten Kopfteil (46) verbindet, wobei der zweite Verbinder (52) eine zweite Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) umfasst, wobei jede Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen elektrisch mit einer Kopfteilklemme (72¹;72²;...;72^2m) der zweiten Mehrzahl (70) von Kopfteilklemmen (72¹;72²;...;72^2m) in Kontakt steht; und - eine Mehrzahl (54) von Drähten (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s), wobei jeder Draht (56¹ ₁;56¹ ₂;...;56^m _s) elektrisch eine Verbinderklemme (66¹;66²;...;66^2m) der ersten Mehrzahl (64) von Verbinderklemmen (66¹;66²;...;66^2m) mit einer Verbinderklemme (76¹;76²;...;76^2m) der zweiten Mehrzahl (74) von Verbinderklemmen (76¹;76²;...;76^2m) verbindet.