DE102020128791A1

DE102020128791A1 - Kühlfluidleitgehäuse sowie elektrisches Verbindersystem mit einem Kühlfluidleitgehäuse

Info

Publication number: DE102020128791A1
Application number: DE102020128791.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dünkel
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN114449839A; EP3993177A1; US20220140524A1; JP7317922B2; JP2022074079A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlfluidleitgehäuse zum Leiten eines Kühlfluids um ein elektrisches Verbindersystem sowie ein elektrisches Verbindersystem umfassend einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder und ein Kühlfluidleitgehäuse. Das Kühlfluidleitgehäuse (106) umfasst einen ersten Bereich, in dem mindestens ein Abstützelement (130) angeordnet ist, durch das das Kühlfluidleitgehäuse (106) mit einem Steckverbindergehäuse (110) des Steckverbinders (102) in Kontakt gebracht werden kann, und einen zweiten Bereich, in dem eine innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) so angepasst ist, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) einer äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) nach Aufnahme des Steckverbinders (102) in einem vordefinierten Abstand folgt. In dem zweiten Bereich begrenzt die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses mindestens einen Kühlkanal, der die äußere Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) wenigstens teilweise umgibt. Weiterhin weist das Kühlfluidleitgehäuse (106) mindestens einen Kühlfluidanschluss (108) auf, mittels welchem das Kühlfluid (114) in den mindestens einen Kühlkanal einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlfluidleitgehäuse zum Leiten eines Kühlfluids um ein elektrisches Verbindersystem sowie ein elektrisches Verbindersystem umfassend einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder und ein Kühlfluidleitgehäuse. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbau eines elektrischen Verbindersystems mit einem Kühlfluidleitgehäuse zum Leiten eines Kühlfluids um das elektrische Verbindersystem, bevorzugt für den Fahrzeugbereich.
Im elektrischen Bereich (Elektronik, Elektrotechnik, Elektrik, elektrische Energietechnik etc.) sind eine große Anzahl von elektrischen Verbindervorrichtungen bzw. Verbindereinrichtungen, Buchsen-, Stift- und/oder Hybridverbindern etc. - im Folgenden als (elektrische) Verbinder (auch: Gegenverbinder) bezeichnet - bekannt, welche dazu dienen, elektrische Ströme, Spannungen, Signale und/oder Daten mit einer großen Bandbreite von Strömen, Spannungen, Frequenzen und/oder Datenraten zu übertragen. Im Nieder-, Mittel- oder Hochspannungs- und/oder -strombereich, und insbesondere im Fahrzeugbereich, müssen solche Verbinder in mechanisch belasteten, warmen, ggf. heißen, verunreinigten, feuchten und/oder chemisch aggressiven Umgebungen dauerhaft, wiederholt und/oder nach einer vergleichsweise langen Zeit einer Inaktivität kurzfristig eine Übertragung von elektrischer Leistung, Signalen und/oder Daten gewährleisten. Aufgrund einer großen Bandbreite von Anwendungen ist eine große Anzahl von speziell ausgestalteten Verbindern bekannt.
Solch ein Verbinder und ggf. dessen zugehöriges (z. B. bei einer Verbindervorrichtung oder einer Verbindereinrichtung) oder übergeordnetes (z. B. bei einer Verbindereinrichtung) Gehäuse kann an einer elektrischen Leitung, einem Kabel, einem Kabelbaum etc. - im Folgenden als konfektioniertes (elektrisches) Kabel bezeichnet -, oder an/in einer elektrischen Einrichtung bzw. Vorrichtung, wie z. B. an/in einem Gehäuse, an/auf einem Stanzgitter, an/auf einer Leiterplatte etc., einer (leistungs-)elektrischen, elektrooptischen bzw. elektronischen Komponente bzw. einer entsprechenden Aggregation etc. (elektrische Entität) verbaut sein.
Befindet sich ein Verbinder (mit/ohne Gehäuse) an einem Kabel, einer Leitung bzw. einem Kabelbaum, so spricht man auch von einem fliegenden (Steck-)Verbinder bzw. einem Stecker, einer Buchse oder einer Kupplung; befindet er sich an/in einer elektrischen, elektrooptischen bzw. elektronischen Komponente, Aggregation etc., so spricht man auch von einer Verbindereinrichtung, wie z. B. einem (Einbau-/Anbau-)Verbinder, einem (Einbau-/Anbau-)Stecker oder einer (Einbau-/Anbau-) Buchse. Ferner wird ein Verbinder an einer solchen Einrichtung oft auch als (Stecker-) Aufnahme, Stiftwanne, Stiftleiste oder Header bezeichnet. Im Rahmen der elektrischen Energietechnik (Erzeugung, Umwandlung, Speicherung, Transport und Weiterleitung von elektrischem Starkstrom in elektrischen Netzen bevorzugt mit Drehstrom-Hochspannungs-Übertragung) spricht man hier, wegen ihres vergleichsweise komplexen Aufbaus, von Kabelgarnituren.
Solch ein Verbinder muss eine einwandfreie Übertragung von Elektrizität gewährleisten, wobei miteinander korrespondierende und teilkomplementäre Verbinder (Verbinder und Gegenverbinder) meist Verriegelungseinrichtungen und/oder Befestigungseinrichtungen zum dauerhaften aber in der Regel lösbaren Verriegeln und/oder Befestigen des Verbinders am/im Gegenverbinder bzw. vice versa aufweisen. Ferner muss eine elektrische Verbindungseinrichtung für einen Verbinder, z. B. aufweisend oder umfassend eine eigentliche Kontaktvorrichtung (Terminal; meist stofflich einstückig oder integral ausgebildet, z. B. ein Kontaktelement etc.) oder eine Kontakteinrichtung (Terminal; meist mehrteilig, zweiteilig, einstückig, stofflich einstückig oder integral ausgebildet, z. B. eine ein- oder mehrteilige (Crimp-)Kontakteinrichtung), sicher in diesem aufgenommen sein. Bei einem (vor-)konfektionierten elektrischen Kabel kann solch eine Verbindungseinrichtung als ein Verbinder (vgl. o.), also ohne ein Gehäuse, z. B. fliegend, vorgesehen sein.
Es sind ständig Bestrebungen im Gang, elektrische Verbinder und deren Terminals zu verbessern, insbesondere effektiver auszulegen sowie kostengünstiger zu gestalten und/oder herzustellen. Eine zunehmende Hybridisierung und Elektrifizierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs sowie eine zunehmende Elektrifizierung von Nebenaggregaten hat u. a. thermische Belastungen zur Folge, die, wenn ihnen nicht begegnet wird, negative Auswirkungen haben kann. Dies betrifft u. a. elektrische Steckverbindungen in einem Fahrzeug. Hier besteht zunehmend ein Bedarf nach Kühlung, so wie dies bei Kabelgarnituren aus dem Bereich der elektrischen Energietechnik bekannt ist.
Die US 8 926 360 A1 offenbart eine elektrische Verbindung mit einer aktiven Kühleinrichtung, wobei die elektrische Verbindung wenigstens eine elektrische Steckverbindung aus einem weiblichen und einem männlichen Terminal umfasst. Das wenigstens eine weibliche Terminal ist ggf. von einer hitzebeständigen elektrischen Isolierung umgeben und zusammen mit einer vergleichsweise gut wärmeleitenden Wärmesenke in einer Wand eines elektrischen Geräts eingerichtet. Ferner weist das weibliche Terminal eine Öffnung auf, damit im weiblichen Terminal entstehende Wärme aus dem weibliche Terminal abgeführt werden kann. Die zwischen dem weiblichen und einem männlichen Terminal entstehende Wärme ist von einem Ventilator über eine Umgebungsluft der elektrischen Verbindung von der Wärmesenke und der Öffnung des weiblichen Terminals abtransportierbar.
Weiterhin offenbart die US 9 287 646 B2 eine elektrische Verbindung, bei der ein elektrische Verbinder mit einer elektrischen Leitungsanordnung, wie einem Kabel, verbunden ist. Dabei wird entweder der elektrische Verbinder oder die elektrische Leitungsanordnung aktiv von einem Wärmetransportmedium gekühlt, das im Wesentlichen entlang der elektrischen Leitungsanordnung und durch den elektrischen Verbinder fließt.
Allerdings haben die bekannten elektrischen Verbindersysteme den Nachteil, dass ein Kühlmittel den Innenraum des Verbindergehäuses durchströmt, und dabei Verunreinigungen, beispielsweise durch Schmutzpartikel oder Feuchtigkeit hinterlässt, die sich auf den Kontaktelementen des elektrischen Verbindersystems ablagern können. Diese Verunreinigungen können zu Korrosionen und anderen Beschädigungen der Kontaktelemente führen, so dass die Lebenszeit des elektrischen Verbindersystems verringert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlung für ein elektrisches Steckverbindersystem zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der bekannten Lösungen überwindet, so dass die gefertigten Steckverbindersysteme sicher und zuverlässig sind, aber dennoch kostengünstig herstellbar sind und wenig Bauraum einnehmen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, eine aktive Kühlung mit minimalem zusätzlichem Raumbedarf durch Vorsehen eines separaten Kühlfluidleitgehäuses, das von einem Kühlfluid durchströmbar und an einem elektrischen Verbindersystem anbringbar ist, zu erreichen. In vorteilhafter Weise leitet das Kühlfluidleitgehäuse dabei ein Kühlfluid außen entlang einer äußeren Wandung eines Steckverbindergehäuses in die Nähe der Kontaktierungsstelle (im Folgenden auch als „Hotspot“ bezeichnet), nimmt die im elektrischen Verbindersystem durch die elektrische Verbindung entstehende und an das Steckverbindergehäuse abgegebene Wärme auf und transportiert sie entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses in eine entsprechende Wärmesenke ab. Dadurch kann ein besonders effizientes Wärmemanagement und folglich eine effiziente Energieübertragung erreicht werden.
Insbesondere umfasst ein Kühlfluidleitgehäuse zum Leiten eines Kühlfluids um ein elektrisches Verbindersystem, umfassend einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder, einen ersten Bereich, in dem mindestens ein Abstützelement angeordnet ist, durch das das Kühlfluidleitgehäuse mit einem Steckverbindergehäuse des Steckverbinders in Kontakt gebracht werden kann, und einen zweiten Bereich, in dem eine innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses so angepasst ist, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses einer äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses nach Aufnahme des elektrischen Steckverbinders in einem vordefinierten Abstand folgt.
Erfindungsgemäß begrenzt in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses mindestens einen Kühlkanal, der die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses wenigstens teilweise umgibt, wobei das Kühlfluidleitgehäuse mindestens einen Kühlfluidanschluss aufweist, mittels welchem das Kühlfluid in den mindestens einen Kühlkanal einleitbar ist.
Auf diese Weise kann das Kühlfluidleitgehäuse mit Hilfe der Abstützelemente fest an dem elektrischen Steckverbinder angebracht werden. Weiterhin ermöglicht der dabei entstehende Kühlkanal, dass ein Kühlfluid außen um das Steckverbindergehäuse herumgeleitet werden kann, so dass das Kühlfluid nicht durch das Innere des Steckverbindergehäuses geführt werden muss, wo es zu Verunreinigungen und somit Beschädigungen der elektrischen Leitungen oder Kontaktelemente führen kann.
Ein Abstand zwischen dem Kühlfluidleitgehäuse und der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses, der einen für den Fluidtransport maßgeblichen Querschnitt oder wirksames Volumen des Kühlkanals festlegt, kann dabei so gewählt sein, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses eng an die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses geschmiegt ist, um die Effizienz der Kühlung zu steigern.
Ein bevorzugtes Kühlfluid ist Luft, es kann jedoch auch ein anderes Gas, wie z. B. Stickstoff, sein. Hierbei kann der Stickstoff z. B. durch ein Druckwechsel-Adsorptions-Verfahren (PSA: Pressure Swing Adsorption) an Bord eines Fahrzeugs von der Umgebungsluft abgetrennt werden. Unter dem Begriff Gas soll selbstverständlich auch der Begriff Gasgemisch (vgl. Luft) subsumiert sein. Alternativ kann das Kühlfluid auch eine Kühlflüssigkeit sein, wie sie im Kühlkreislauf eines Fahrzeugs ohnehin vorhanden ist. Das Kühlfluid kann z. B. ein mittels einer Klimaanlage vorgekühltes Kühlfluid oder auch ein nicht vorgekühltes Kühlfluid sein, das von einem Ventilator oder einem Verdichter und ggf. einem Kühler stammt.
Bevorzugt kann das Kühlfluidleitgehäuse dabei als ein Anschlussstutzen, ein Anschlussflansch oder eine Anschlussbuchse ausgebildet sein. Das Kühlfluidleitgehäuse kann einen einzigen, genau zwei oder eine Mehrzahl von Kühlfluidanschlüssen aufweisen, so dass der Kühlkanal an mehreren Stellen mit Kühlfluid versorgt werden kann. Alternativ können aber auch verschiedene Kühlfluidanschlüsse jeweils einen oder mehrere der Kühlkanäle mit Kühlfluid versorgen, so dass von dem Kühlfluidleitgehäuse mehrere voneinander abgetrennte Kühlkanäle begrenzt werden können.
Um das Kühlfluid entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses möglichst gezielt in die Nähe der Kontaktierungsstelle zu leiten, umfasst das Kühlfluidleitgehäuse bevorzugt mindestens eine Kühlfluidleitwand, die dazu angepasst ist, einen Teil des mindestens einen Kühlkanals zu begrenzen. Als „Hotspot“, zu dem das Kühlfluid geleitet wird, muss dabei nicht nur die Kontaktierungsstelle dienen, weitere „Hotspots“ entlang des Steckverbindergehäuses können beispielsweise vorab durch Simulationen bestimmt werden. Die Kühlfluidleitwände können dann den mindestens einen Kühlkanal so begrenzen, dass der mindestens eine Kühlkanal möglichst effizient zu diesen weiteren „Hotspots“ geführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform öffnet sich der Kühlkanal, ausgehend vom Kühlfluidanschluss im Kühlfluidleitgehäuse nach außen entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses durch eine Kanalöffnung zum Austritt von Kühlfluid, wobei der Kühlkanal, abgesehen von der Kanalöffnung, an wenigstens einer weiteren Stelle entlang der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses gasdurchlässig ausgebildet ist.
Durch diese gasdurchlässige Stelle kann erwärmtes Kühlfluid besonders einfach aus dem Kühlkanal abtransportiert werden. Die gasdurchlässige Stelle des Kühlkanals kann beispielsweise auch durch einen weiteren Kühlfluidanschluss gebildet werden, mittels dessen das erwärmte Kühlfluid in eine entsprechende Wärmesenke eines Kühlkreislaufes abtransportiert wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein elektrisches Verbindersystem, umfassend einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder, mit einem Kühlfluidleitgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der (Gegen-)Steckverbinder ist insbesondere als ein Niederspannungs-(Gegen-)Steckverbinder, bevorzugt als ein Fahrzeug-(Gegen-)Steckverbinder für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, ausgebildet. Als Niederspannungen werden elektrische Spannungen von kleiner als 5kV angesehen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße elektrische Verbindersystem für Kleinspannungen bis Spannungen von 1 kV bis 5 kV bei, ggf. kurzfristigen, Stromstärken von bis zu 500A ausgelegt sein.
D. h. der Steckverbinder weist an seinem Verbindergehäuse insbesondere keine äußere Abschirmung (elektrische Leitschicht, Schutzhülle etc.) zum Abtransport von Oberflächenladungen, zur Feldverteilung, zur elektromagnetischen Schirmung etc. auf. D. h. das Verbindergehäuse ist au-ßen elektrisch insbesondere nicht leitfähig. Innen im Verbindergehäuse befindet sich bevorzugt kein extra eingerichteter faradayscher Käfig; einmal von Anwendungen für geschirmte Koaxialkabel oder Twistedpairkabel abgesehen, welche durch ihren eigentümlichen Aufbau einen solchen besitzen, ihn aber nicht extra umfassen, wie dies bei Kabelgarnituren der Fall ist.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße elektrische Verbindersystem insbesondere keinen Feldsteuerkörper, keine Erdungseinrichtung, keinen kapazitiven Teiler, keinen kapazitiven Prüfpunkt, keinen Verschlussstopfen, keinen Schutz für z. B. einen unterirdischen, insbesondere erdvergrabenen, Einsatzort, keinen UV- Schutz und/oder keinen Fraßschutz. Ferner ist ein Kontaktelement des erfindungsgemäßen Steckverbinders bevorzugt frei von einem Gewinde. Unter einem Fahrzeug kann ein Landfahrzeug (Straßenfahrzeug, Geländefahrzeug und/oder Schienenfahrzeug), ein Wasserfahrzeug (Verdränger und/oder Gleiter) und/oder ein Luftfahrzeug (Propellerflugzeug, Strahlflugzeug, Hubschrauber und/oder Luftschiff) verstanden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Kühlkanal entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses so geführt, dass der mindestens eine Kühlkanal in Richtung einer Wärmequelle innerhalb des Steckverbindergehäuses hinführbar ist. Die Wärmequelle kann dabei die Kontaktierungsstelle im elektrischen Verbindersystem oder aber auch andere durch Simulationsergebnisse bestimmte „Hotspots“ sein, die bei Stromfluss durch das elektrische Verbindersystem entstehen.
Vorteilhafterweise weist das Kühlfluidleitgehäuse mindestens einen zweiten Kühlfluidanschluss für einen stromabwärtigen Abtransport des Kühlfluids auf. Auf diese Weise kann das erwärmte Kühlfluid besonders einfach in eine entsprechende Wärmesenke eines Kühlkreislaufes abtransportiert werden. Anschließend kann das wieder abgekühlte Kühlfluid wieder in das Innere des Kühlfluidleitgehäuses eingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unterscheidet sich in dem zweiten Bereich der vordefinierte Abstand zwischen der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses und der äu-ßeren Wandung des Steckverbindergehäuses in einem Eingangsbereich von dem eines Ausgangsbereichs des mindestens einen Kühlkanals.
Auf diese Weise kann sich ein für den Fluidtransport maßgeblicher Querschnitt oder wirksames Volumen des Kühlkanals in einem Eingangsbereich des Kühlkanals (z.B. Kühlfluidanschluss oder ein sich daran anschließender stromabwärtiger Bereich des Kühlkanals) von dem eines Ausgangsbereichs des Kühlkanals unterscheiden (z.B. Kühlfluidanschluss oder eine gasdurchlässige Öffnung des Kühlfluidleitgehäuses oder ein sich daran anschließender stromaufwärtiger Bereich des Kühlkanals). Hierbei ist es bevorzugt, dass der maßgebliche Querschnitt bzw. das wirksame Volumen im Eingangsbereich des Kühlkanals kleiner ist, als in einem davon stromabwärtig liegenden, z. B. vergleichbaren Abschnitt im Ausgangsbereich des Kühlkanals.
Vorteilhafterweise kann das Kühlfluidleitgehäuse in Richtung eines Kontaktelementzugangs für den Gegensteckverbinder bündig mit der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses abschließen. Dabei kann der Abschluss zwischen dem Kühlfluidleitgehäuse und der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses dichtend ausgeführt sein. Auf diese Weise wird der Kühlkanal im Kühlfluidleitgehäuse von einem Terminalzugang für den Gegensteckverbinder weggeleitet. So kann verhindert werden, dass Kühlfluid, das durch den oder die „Hotspot(s)“ im Steckverbindergehäuse erwärmt wurde, in Richtung des Gegensteckverbinders austreten kann und diesen dadurch erwärmt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Kühlfluidleitgehäuse weiterhin dazu angepasst sein, den Gegensteckverbinder aufzunehmen, wobei das Kühlfluidleitgehäuse einen dritten Bereich umfasst, in dem die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses so angepasst ist, dass die innere Wandung in dem dritten Bereich einer äußeren Wandung eines Gegensteckverbindergehäuses des Gegensteckverbinders in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem dritten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses den mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses wenigstens teilweise umgibt.
Auf diese Weise kann neben dem Steckverbindergehäuse auch das Gegensteckverbindergehäuse gekühlt werden, so dass die Kühleffizienz weiter vergrößert werden kann. Der Kühlkanal umgibt dann wenigstens teilweise die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses, wie auch die äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses.
Um eine möglichst einfache Anbringung des Kühlfluidleitgehäuses an den elektrischen Steckverbinder oder die elektrische Steckverbindung zu gewährleisten, kann das Kühlfluidleitgehäuse eine Vielzahl von Kühlschalen umfassen, wobei jede der Kühlschalen Befestigungselemente aufweist, mit deren Hilfe die jeweilige Kühlschale an mindestens einer der anderen Kühlschalen befestigt werden kann.
Alternativ kann das Kühlfluidleitgehäuse aber selbstverständlich auch einteilig oder stofflich einstückig ausgebildet sein. Dabei kann auch der mindestens eine Kühlfluidanschluss integraler Bestandteil des Kühlfluidleitgehäuses sein. Somit ist es möglich, das Kühlfluidleitgehäuse aus einem einzelnen Ursprungsstück (z. B. Rohling) oder aus einer einzigen Ursprungsmasse (z. B. Kunststoffschmelze) zu fertigen.
Vorteilhafterweise kann das Kühlfluidleitgehäuse so eingerichtet sein, dass in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses mit der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses jeweils eine Vielzahl von separaten Kühlkanälen bildet. Diese Konfiguration ist besonders vorteilhaft, wenn das Steckverbindergehäuse modular aufgebaut ist und eine Vielzahl von einschiebbaren Steckverbindermodulen umfasst, in die jeweils ein elektrisches Terminal einrichtbar oder eingerichtet ist. In diesem Fall ist es möglich, dass nur die Kühlkanäle, die zu einem eingeschobenen Steckverbindermodul gehören, mit Kühlfluid versorgt werden, während andere Kühlkanäle beispielsweise durch Blindstopfen oder Blindflansche verschlossen werden. Die Effizienz der Kühlung kann damit weiter gesteigert werden, während es gleichzeitig möglich ist, standardisierte Kühlfluidleitgehäuse herzustellen.
Um das Kühlfluid effizient zu den Wärmequellen in dem elektrischen Verbindersystem zu leiten, kann die äußere Wandung des Steckverbinders und/oder des Gegensteckverbinders mindestens ein Fluidleitelement umfassen, dass den mindestens einen Kühlkanal begrenzt. Das Fluidleitelement kann dabei komplementär zu zusätzlichen Kühlfluidleitwänden des Kühlfluidleitgehäuses sein, die auch dazu angepasst sind, das Kühlfluid entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses zu leiten.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Einbau eines elektrischen Verbindersystems mit einem Kühlfluidleitgehäuse zum Leiten eines Kühlfluids um das elektrische Verbindersystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen des elektrischen Verbindersystems, umfassend einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder,
Anbringen des Kühlfluidleitgehäuses, wobei
- das Kühlfluidleitgehäuse in einem ersten Bereich, in dem mindestens ein Abstützelement angeordnet ist, mit einem Steckverbindergehäuse des Steckverbinders in Kontakt gebracht wird,
- eine innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses in einem zweiten Bereich einer äu-ßeren Wandung des Steckverbindergehäuses in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses
- mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses wenigstens teilweise umgibt, und
- das Kühlfluidleitgehäuse mindestens einen äußeren Kühlfluidanschluss aufweist, mittels welchem das Kühlfluid in den mindestens einen Kühlkanal einleitbar ist.

In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße aktive Kühlung auch auf den Gegensteckverbinder ausgedehnt werden. Das Verfahren umfasst dann zusätzlich, dass das Kühlfluidleitgehäuse solcher Art angebracht wird, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses in einem dritten Bereich einer äußeren Wandung eines Gegensteckverbindergehäuses des Gegensteckverbinders in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem dritten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses den mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses wenigstens teilweise umgibt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß einem ersten Beispiel;
2 eine weitere schematische perspektivische Darstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem ersten Beispiel;
3 eine weitere schematische perspektivische Darstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem ersten Beispiel;
4 eine schematische Explosionsdarstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem ersten Beispiel;
5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kühlschale eines Kühlfluidleitgehäuses;
6 eine schematische Schnittdarstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem ersten Beispiel;
7 eine schematische Explosionsdarstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß einem zweiten Beispiel;
8 eine weitere schematische Explosionsdarstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem zweiten Beispiel;
9 eine schematische Schnittdarstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem zweiten Beispiel.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren, und dabei insbesondere zunächst mit Bezug auf die schematische perspektivische Darstellung der 1 und 2, näher erläutert. Es wird angemerkt, dass in sämtlichen Figuren die Größenverhältnisse und insbesondere die Schichtdickenverhältnisse nicht unbedingt maßstabsgetreu wiedergegeben sind. Weiterhin sind Teile, die für das Verständnis nicht notwendig oder hinderlich sind, nicht dargestellt. Bezeichnungen wie Verbinder und Gegenverbinder, Terminal und Gegenterminal etc. sind synonym zu interpretieren, d. h. ggf. jeweils untereinander vertauschbar.
1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung zweier ineinander gesteckter (elektrischer) Steckverbinder 102 und 104 eines elektrischen Verbindersystems 100 gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist der elektrische Steckverbinder 102 als ein bevorzugt fliegender Buchsenverbinder 102 ausgebildet, während der Steckverbinder 104, im Folgenden als Gegensteckverbinder 104 bezeichnet, vorliegend als eine Steckeraufnahme 104, eine Stiftwanne 104, eine Stiftleiste 104 oder als Header 104 ausgebildet ist. Hierbei kann der Steckverbinder 102 Teil eines konfektionierten elektrischen Kabels oder einer elektrischen Entität sein.
Der elektrische Steckverbinder 102 umfasst ein Steckverbindergehäuse 110, in das mindestens ein elektrisches Kontaktelement (nicht gezeigt) eingerichtet oder einrichtbar ist. Ebenso umfasst der elektrische Gegensteckverbinder 104 ein Gegensteckverbindergehäuse 112, in das mindestens ein elektrisches Kontaktelement (nicht gezeigt) eingerichtet oder einrichtbar ist. Das Steckverbindergehäuse 110 und das Gegensteckverbindergehäuse 112 sind jeweils aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise einem Kunststoff, gefertigt.
Durch Ineinanderstecken des Steckverbindergehäuses 110 mit dem Gegensteckverbindergehäuse 112 können das mindestens eine Kontaktelement mit dem mindestens einen Gegenkontaktelement an einer Kontaktstelle in leitenden Kontakt gebracht werden, so dass ein elektrischer Strom durch das elektrische Verbindersystem 100 fließen kann.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Steckverbinders 102, der von dem Kühlfluidleitgehäuse 106 umgeben ist. In dieser Figur ist der elektrische Gegensteckverbinder 104 nicht gezeigt. Dadurch werden die Kontaktelementaufnahmekammern 116 sichtbar, durch die der Steckverbinder 102 Kontaktelemente des Gegensteckverbinders 104 aufnehmen kann.
Um das elektrische Verbindersystem 100 durch Abfuhr von Wärme, die bei Stromtransport durch das elektrische Verbindersystem 100 erzeugt wird, zu kühlen, ist das Steckverbindergehäuse 110 zu großen Teilen von einem Kühlfluidleitgehäuse 106 umgeben, wie im Beispiel der 1 und 2 gezeigt. Das Kühlfluidleitgehäuse 106 ist dazu angepasst, ein Kühlfluid 114, bevorzugt Luft, zumindest teilweise außen um des Steckverbindergehäuses 110 herumzuleiten, um so Wärme, die im Inneren des Steckverbindergehäuses 110 entsteht, abzutransportieren. Dazu umfasst das Kühlfluidleitgehäuse einen Kühlungsbereich (zweiter Bereich), in dem ein Kühlkanal von einer inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses begrenzt wird, und so ein in den Kühlkanal eingeleitetes Kühlfluid 114 in dem Kühlungsbereich zwingt, die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses 110 zu umströmen. Dabei ist der Kühlungsbereich nicht notwendigerweise zusammenhängend, sondern kann aus einer Vielzahl von Unterbereichen, die beispielweise jeder einen separaten Kühlkanal begrenzen, bestehen.
Wie in den 1 und 2 weiterhin gezeigt, kann das Kühlfluidleitgehäuse eine Oberschale 118 und eine Unterschale 120 umfassen, die durch Befestigungselemente 122 miteinander verbunden werden können. Dadurch kann eine einfache Montage des Kühlfluidleitgehäuses 106 an dem elektrischen Verbindersystem 100 gewährleistet werden. Allerdings ist eine zweiteilige Ausführung des Kühlfluidleitgehäuses nicht essentiell für die vorliegende Erfindung. Das Kühlfluidleitgehäuse kann alternativ auch einteilig (oder einstückig) oder aus einer Vielzahl von Einzelschalen zusammensetzbar ausgeformt sein.
Die Befestigungselemente 122 sind hier beispielhaft als Vorsprünge gezeigt, in denen lochförmige Aussparungen 124 vorgesehen sein können, mit deren Hilfe die Oberschale 118 und die Unterschale 120 durch Nieten oder Schrauben aneinander befestigt werden können. Alternativ können die Befestigungselemente 122 aber auch Einrastvorrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe die Oberschale 118 und die Unterschale 120 fest miteinander verbunden werden können. Weiterhin können die Oberschale 118 und die Unterschale 120 auch aneinandergeklebt werden.
Um das Kühlfluidleitgehäuse 106 stabil an dem elektrischen Verbindersystem 100 anbringen zu können, besitzt das Kühlfluidleitgehäuse Abstützelemente (später gezeigt), die mit dem Steckverbindergehäuse 110, dem Gegensteckverbindergehäuse 112 oder beiden in Kontakt gebracht werden, und das Kühlfluidleitehäuse 106 abstützen.
Um das Kühlfluid 114 in das Kühlfluidleitgehäuse 106 einzuleiten, umfasst das Kühlfluidleitgehäuse 106 einen Kühlfluidanschluss 108, der bevorzugt als ein Anschlussstutzen 108 ausgebildet ist, sodass eine schlauchartige Kühlfluidzuleitung einfach auf den betreffenden Anschlussstutzen 108 geschoben oder gesteckt werden und dort ggf. weiter fixiert (nicht dargestellt) werden kann. Es ist natürlich möglich, statt eines Anschlussstutzens 108 einen anderen Fluidanschuss zu wählen, wie z. B. einen Anschlussflansch, eine Anschlussbuchse etc. Bei allen Ausführungsformen können Gasdichtungen angewendet sein.
Ausgehend von einer Einlassöffnung im Bereich des Kühlfluidanschlusses 108 kann das eingeleitete Kühlfluid entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 strömen, bis das Kühlfluid an einer Austrittsöffnung 126 den Innenraum des Kühlfluidleitgehäuses 106 wieder verlassen kann. Wie hier gezeigt, können die Austrittsöffnungen beispielweise durch Öffnungen im Bereich der Anschlüsse eines elektrischen Kabels oder einer elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise eines elektrischen Aggregats, ausgeformt sein. Selbstverständlich können die Austrittsöffnungen 126 aber auch in anderen Bereichen des Kühlfluidleitgehäuses 106 angebracht sein. Insbesondere können die Übergänge zwischen der Oberschale 118 und der Unterschale 120 fluiddurchlässig ausgeführt sein, so dass diese Übergänge zusätzliche Entlüftungsmöglichkeiten für das erwärmte Kühlfluid im Inneren des Kühlfluidleitgehäuses 106 bieten.
Alternativ können die Übergänge zwischen der Oberschale 118 und der Unterschale 120 aber auch eine Dichtung aufweisen, die einen Austritt des Kühlfluids an diesen Übergängen verhindert.
Weiterhin kann das Kühlfluidleitgehäuse 106 mindestens einen zusätzlichen Kühlfluidanschluss umfassen, der als alternative Austrittsöffnung dienen kann, um einen stromabwärtigen Abtransport von erwärmten Kühlfluid zu ermöglichen.
Wie im Folgenden noch beschrieben werden wird, sind die Einlassöffnung im Bereich des Kühlfluidanschlusses 108 und die Auslassöffnung 126 durch einen Kühlkanal verbunden, der wenigstens einen Teil der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 umgibt. Der Kühlkanal ist auf einer Seite zumindest durch einen Teil der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 und auf einer anderen Seite zumindest durch die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 begrenzt, die zusammen den Kühlkanal bilden. Somit kann ein für den Fluidtransport maßgeblicher Querschnitt oder ein wirksames Volumen des Kühlkanals maßgeblich durch den Abstand zwischen der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 und der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 festgelegt werden.
Das Kühlfluidleitgehäuse 106 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium gefertigt sein, um die von dem Kühlfluid aufgenommene Wärme möglichst effektiv an die Umgebung abzugeben. Alternativ kann das Kühlfluidleitgehäuse 106 auch aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Silikon, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) hergestellt sein, um das durch das Kühlfluidleitgehäuse 106 verursachte Gewicht möglichst gering zu halten.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des elektrischen Verbindersystems gemäß dem ersten Beispiel ohne den Gegensteckverbinder 104 und ohne die Oberschale 118 des Kühlfluidleitgehäuses 106. Dadurch sind in 3 insbesondere die Abstützelemente 130 zu sehen, die mit dem Steckverbindergehäuse 110 in Kontakt gebracht werden und so das Kühlfluidleitgehäuse 106 am Steckverbindergehäuse 110 stabilisieren. Die Abstützelemente 130 sind in einem ersten Bereich des Kühlfluidleitgehäuses 106 angeordnet, der als Abstützbereich dient. Wie in der Abbildung zu sehen, ist dieser Abstützbereich nicht notwendigerweise zusammenhängend, sondern kann eine Vielzahl von kleineren Abstützbereichen umfassen. Die Abstützelemente 130 können vorteilhafterweise in der Nähe der Befestigungselemente 122 angebracht sein, so dass ein Kraftübertragungsweg zwischen den Befestigungselementen 122 und den Abstützelementen 130 kurz gehalten werden kann.
Weiterhin kann eine Außenkante 128 des Kühlfluidleitgehäuses 106 mit dem Steckverbindergehäuse 110 in Kontakt gebracht werden, um die Stabilität der Befestigung des Kühlfluidleitgehäuses zu erhöhen. Insbesondere kann die Außenkante 128 des Kühlfluidleitgehäuses 106 mit dem Steckverbindergehäuse 110 bündig abschließen, so dass ein Vorstehen des Steckverbindergehäuses 110 in diesem Bereich vermieden werden kann. Durch einen möglichst dichten Abschluss zwischen der Außenkante 128 und dem Steckverbindergehäuse 110 in Richtung der Kontaktelementaufnahmekammern 116 kann verhindert werden, dass erwärmtes Kühlfluid aus dem Kühlfluidleitgehäuse in Richtung eines Gegensteckverbinders 104 austritt und diesen erwärmt.
Wie in der gezeigten Ausführungsform zu sehen, kann das Steckverbindergehäuse 110 modular aufgebaut sein, das heißt mehrere zusammensteckbare Steckverbindermodule 132 aufweisen, wobei in jedes der zusammensteckbaren Steckverbindermodule 132 jeweils mindestens ein Kontaktelement einrichtbar oder eingerichtet ist. Jedes der Steckverbindermodule 132 kann dann beispielsweise in ein Halterungselement 133 eingeschoben werden und mit einem Verbindungselement 134, wie beispielsweise einer Klammer, miteinander verbunden werden.
In diesem Fall kann das Kühlfluidleitgehäuse 106 für jedes der Steckverbindermodule 132 einen separaten Kühlkanal aufweisen. Für jeden der separaten Kühlkanäle kann ein zugehöriger Kühlfluidanschluss 108 vorgesehen sein, so dass jedes der Steckverbindermodule 132 je nach Bedarf durch das den jeweiligen separaten Kühlkanal durchströmende Kühlfluid gekühlt werden kann. Zusätzlich können Hohlräume in dem Kühlfluidleitgehäuse 106 vorgesehen sein, die das Halterungselement 133 und die Verbindungselemente 134 aufnehmen.
4 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung des elektrischen Verbindersystems 100 gemäß dem ersten Beispiel ohne den Gegensteckverbinder 104. Wie aus dieser Ansicht deutlich wird, kann für eine Montage der Anordnung das Steckverbindergehäuse 110 zwischen die Oberschale 118 und die Unterschale 120 eingeschoben werden, wobei die Außenkante 128 des Kühlfluidleitgehäuses 106 und die Abstützelemente 130 mit dem Steckverbindergehäuse 110 in Kontakt gebracht werden. Die Oberschale 118 und die Unterschale 120 können dann mit Hilfe der Befestigungselemente 122 geschlossen aneinander befestigt werden. Somit kann das Kühlfluidleitgehäuse 106 entweder vor oder nach dem Schließen des elektrischen Verbindersystems 100 an der Steckverbinder 102 angebracht werden.
Wie in 4 weiterhin gezeigt ist, weisen die Oberschale 118 und die Unterschale 120 jeweils einen Kühlfluidanschluss 108 auf, die entweder einen gemeinsamen Kühlkanal oder zwei separate Kühlkanäle innerhalb des Kühlfluidleitgehäuses versorgen können. Alternativ kann jeweils einer der beiden Kühlfluidanschlüsse 108 als ein stromaufwärtiger Kühlfluideinlass dienen, während der andere der Kühlfluidanschlüsse 108 als ein stromabwärtiger Kühlfluidauslass dient.
5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Unterschale 120 des Kühlfluidleitgehäuses 106. Wie in 5 schematisch anhand von Pfeilen 114 dargestellt ist, öffnet sich der Kühlkanal im Inneren des Kühlfluidleitgehäuses 106 ausgehend von der Einlassöffnung 136 im Bereich des Kühlfluidanschlusses 108 entlang der inneren Wandung der Unterschale 120 des Kühlfluidleitgehäuses 106. Dabei wird der Kühlkanal von der inneren Wandung der Unterschale 120 und der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 begrenzt, so dass Kühlfluid 114 entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 durch den Kühlkanal bis zur Austrittsöffnung 126 strömt. Vorteilhafterweise ist die innere Wandung der Unterschale 120 dabei so geformt, dass sie der Form der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 folgt.
Kühlfluidleitwände 138, die den Fluidstrom innerhalb des Kühlfluidleitgehäuses 106 zusätzlich lenken, können an der Unterschale 120 des Kühlfluidleitgehäuses 106 angebracht sein. Dabei können die Kühlfluidleitwände 138 integral mit dem Kühlfluidleitgehäuses 106 geformt sein. Die Kühlfluidleitwände 138 dienen einerseits dem Zweck, das Kühlfluid 114 möglichst effektiv in die Richtung von Wärmequellen oder Hotspots zu lenken, die innerhalb des Steckverbindergehäuses 110 entstehen. Andererseits können die Kühlfluidleitwände 138 auch als Trennwände dienen, die mehrere separate Kühlkanäle voneinander trennen. Dabei können die einzelnen Kühlkanäle symmetrisch geformt sein, können aber auch verschiedene Ausgestaltung haben, beispielsweise kann ein Abstand zwischen der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 und der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 zwischen den verschiedenen Kühlkanälen variieren.
Eine Ausgestaltung der Oberschale 118 kann in Analogie zu der Ausgestaltung der Unterschale 120 erfolgen.
6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Steckverbinders 102, der von dem Kühlfluidleitgehäuse umgeben ist. Wie in der Figur schematisch durch Pfeile dargestellt, kann Kühlfluid 114 durch einen Kühlfluidanschluss 108 (nicht gezeigt) in einen Kühlkanal, der von der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 begrenzt wird, strömen. Das Kühlfluid strömt dabei entlang einer äußeren Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110, so dass eine oder mehrere Wärmequellen innerhalb des Steckverbindergehäuses durch Abtransport von Wärme gekühlt werden können. Dabei erfolgt der Wärmetransport von einer Wärmequelle aus dem Inneren des Steckverbinders 102 zunächst durch das Steckverbindergehäuse 110 zu der äußeren Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110, die von dem Kühlfluid 114 außen umströmt wird. Dabei kühlt das Kühlfluid die äußere Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110, und somit indirekt auch die Wärmequelle innerhalb des Steckverbinders 102, und nimmt somit die durch das Steckverbindergehäuses 110 transportierte Wärme auf.
Das erwärmte Kühlfluid kann dann durch die Austrittsöffnung 126 den Kühlkanal verlassen und aus dem Kühlfluidleitgehäuse abtransportiert werden. Auch wenn die vorwiegende Strömungsrichtung hier in axialer Richtung in Richtung der Austrittsöffnung 126 gezeigt ist, so kann das Kühlfluid 114 die äußere Wandung durchaus auch in radialer Richtung umströmen. Luftleitwände, die sowohl an der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106, als auch optional an der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 angebracht sein können, können sich deshalb sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung um das Steckverbindergehäuse 110 herum erstrecken.
Wie anhand von 6 verdeutlicht ist, ist ein für den Fluidtransport maßgeblicher Querschnitt oder ein wirksames Volumen des Kühlkanals maßgeblich durch den Abstand zwischen der äußeren Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110 und der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 festgelegt. Somit ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen der äußeren Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110 und der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 106 in einem Bereich, in welchem das Kühlfluid 114 das Steckverbindergehäuse 110 um eine Wärmequelle („Hotspot“) herum umströmt, verringert wird, um die Fließgeschwindigkeit und somit die Effizienz der Kühlung des Kühlfluids im Bereich des Hotspots zu vergrößern. Wie oben erwähnt kann eine solche Wärmequelle beispielsweise im Bereich der Kontaktierungsstelle bei Stromfluss durch die Kontaktelemente des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders entstehen.
Auch wenn bisher nur eine Ausführungsform gezeigt wurde, bei der das Kühlfluidleitgehäuse 106 den Steckverbinder 102 zumindest teilweise umschließt, so kann das Kühlfluidleitgehäuse 106 natürlich auch den Gegensteckverbinder 104 zumindest teilweise umschließen, so dass ein Kühlfluid zur Kühlung durch das Kühlfluidleitgehäuse 106 außen um das Gegensteckverbindergehäuse 110 strömen kann. Weiterhin können sowohl der Steckverbinder 102 als auch der Gegensteckverbinder 104 jeweils mit einem separaten Kühlfluidleitgehäuse ausgestattet sein. Dabei können die beiden separaten Kühlfluidleitgehäuse nach Ineinanderstecken der beiden Steckverbinder 102 und 104 jeweils ein gemeinsames übergeordnetes Kühlfluidleitgehäuse mit gemeinsamen Kühlkanälen bilden, so dass die Steckverbinder 102 und 104 gemeinsam gekühlt werden können. Alternativ können die in den beiden separaten Kühlfluidleitgehäusen 106 ausgebildeten Kühlkanäle auch nach Ineinanderstecken der beiden Steckverbinder 102 und 104 voneinander getrennt bleiben, so dass jeder der Steckverbinder 102 und 104 separat gekühlt wird.
Die 7 und 8 zeigen jeweils eine schematische Explosionsdarstellung des elektrischen Verbindersystems 200 gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform. Dabei zeigt die 7 das elektrische Verbindersystem 200 ohne den Gegensteckverbinder 204 und die 8 zeigt das elektrische Verbindersystem 200 mit dem Gegensteckverbinder 204. 9 zeigt eine entsprechende schematische Schnittdarstellung durch das elektrische Verbindersystem 200 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Selbstverständlich gelten alle Aspekte und Vorteile, die für die erste Ausführungsform beschrieben wurden, auch für die zweite Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass das Kühlfluidleitgehäuse 206 einen Aufnahmebereich 242 (dritter Bereich) umfasst, in dem das Kühlfluidleitgehäuse den Gegensteckverbinder 104 aufnehmen kann.
Nach Aufnahme des Gegensteckverbinders 104 begrenzt das Kühlfluidleitgehäuse 206, in 7 und 8 beispielhaft durch eine Oberschale 218 und eine Unterschale 220 geformt, einen Kühlkanal der eine äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses 112 zumindest teilweise umgibt. Dieser Kühlkanal kann dabei in Fluidverbindung zu dem Kühlkanal stehen, der die äußere Wandung des Steckverbindergehäuses 110 umgibt. Beide Kühlkanäle können allerdings in Ausführungsformen auch separat geformt sein.
Ein Kühlfluidanschluss 208 kann dann beispielsweise im Bereich des Aufnahmebereichs 242 an dem Kühlfluidleitgehäuse 206 angebracht sein, so dass das Kühlfluid 114 nach Eintritt in das Kühlfluidleitgehäuse zunächst die äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses 112 außen umströmt. Anschließend wird das Kühlfluid 114 durch den Kühlkanal außen entlang der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110 geführt, bis es an einer oder mehreren Austrittsöffnungen 226 das Kühlfluidleitgehäuse 206 wieder verlassen kann und aufgenommene Wärme abtransportieren kann. Dabei kann die Austrittsöffnung 226 beispielweise wieder durch eine Öffnung im Bereich der Anschlüsse eines elektrischen Kabels oder einer elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise eines elektrischen Aggregats, ausgeformt sein, so dass Wärme effektiv von der Kontaktierungsstelle zwischen dem Steckverbinder 102 und dem Gegensteckverbinder 104 abtransportiert werden kann.
Selbstverständlich, können der Kühlfluidanschluss 208 und die Austrittsöffnung 226 aber auch so angebracht sein, dass der Kühlkanal das Steckverbindergehäuse 110 stromaufwärts umgibt und das Gegensteckverbindergehäuse 112 stromabwärts umgibt.
Wie in 8 schematisch dargestellt ist, kann für eine Montage der Anordnung zunächst das elektrische Verbindersystem 200, das den Steckverbinder 102 und den Gegensteckverbinder 104 umfasst, geschlossen werden. Anschließend kann das Kühlfluidleitgehäuse 206 durch die Abstützelemente 230 mit dem Steckverbindergehäuse 110 oder dem Gegensteckverbindergehäuse 112 (oder beiden) in Kontakt gebracht werden, so dass das Kühlfluidleitgehäuse stabil an dem elektrischen Verbindersystem 200 befestigt werden kann. Die Oberschale 218 und die Unterschale 220 können dann mit Hilfe der Befestigungselemente 222 geschlossen aneinander befestigt werden.
Alternativ kann das Kühlfluidleitgehäuse 206 auch einteilig geformt sein und bereits vor dem Schließen des elektrischen Verbindersystems 200 an dem Steckverbinder 102 (oder dem Gegensteckverbinder 104) montiert sein, so dass beim Schließen des elektrischen Verbindersystems 200 der Gegensteckverbinder 104 (oder der Steckverbinder 102) in das Kühlfluidleitgehäuse 206 aufgenommen wird.
Im Beispiel von 9 weist der Gegensteckverbinder 104 eine elektrisch leitfähige stiftförmige Kontakteinheit 144 auf, die in den buchsenförmigen Grundkörper 146 des Steckverbinders 102 eintaucht. Im zusammengesteckten Zustand, der hier gezeigt ist, kann über einen Kontaktbereich 148 elektrischer Strom, fließen. Ein Abtransport der in dem Kontaktbereich 148 erzeugten Wärme kann durch das Kühlfluid 114 erfolgen, das wie in 9 durch Pfeile dargestellt eine äußere Wandung 150 des Gegensteckverbindergehäuses 112 und eine äußere Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110 außen umströmt. Dabei ist der Kühlkanal, durch den das Kühlfluid strömt, jeweils durch die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 206 begrenzt, und wird von dieser entsprechend der äußeren Wandung 150 des Gegensteckverbindergehäuses 112 und einer äußeren Wandung 140 des Steckverbindergehäuses 110 entlang geleitet. Neben der Austrittsöffnung 226 können noch weitere Entlüftungsöffnungen an dem Kühlfluidleitgehäuse 206, beispielsweise im Bereich der Anschlüsse für ein elektrisches Kabel oder eine elektrische Einrichtung am Gegensteckverbinder 104, vorgesehen sein.
Weiterhin sind sämtliche Querschnitts-Durchmesser bzw. Querschnittsabmessungen des Kühlkanals derart zu wählen, dass die entsprechenden Abschnitte des Kühlkanals (Verzweigungen, Drosselstellen etc.) wie gewünscht von Kühlfluid 114 durchströmt werden können. Dabei ist insbesondere der Abstand zwischen der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses 206 und der äußeren Wandung des Steckverbindergehäuses 110, bzw. des Gegensteckverbindergehäuses 112, so zu wählen, dass in den entsprechenden Abschnitten realisierbare Durchflussgeschwindigkeiten bei vertretbaren Fluiddrücken und nicht zu überschreitenden Fluidtemperaturen, realisierbare Strömungswiderstände und ein realisierbares Kühlvolumen für das das elektrische Verbindersystem 200 umströmende Kühlfluid vorherrschen.
Bezugszeichenliste

100, 200: Elektrisches Verbindersystem
102: Steckverbinder
104: Gegensteckverbinder
106, 206: Kühlfluidleitgehäuse
108, 208: Kühlfluidanschluss
110: Steckverbindergehäuse
112: Gegensteckverbindergehäuse
114: Kühlfluid
116: Kontaktelementaufnahmekammer
118, 218: Oberschale
120, 220: Unterschale
122: Befestigungselemente
124: Aussparung
126: Austrittsöffnung
128: Außenkante
130: Abstützelement
132: Steckverbindermodul
133: Halterungselement
134: Verbindungselement
136: Einlassöffnung
138: Kühlfluidleitwand
140: äußere Wandung des Steckverbindergehäuses
144: Stiftförmige Kontakteinheit
146: Buchsenförmiger Grundkörper
148: Kontaktbereich
150: äußere Wandung des Gegensteckverbindergehäuses
242: Aufnahmebereich (dritter Bereich)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8926360 A1 [0007]
US 9287646 B2 [0008]

Claims

Kühlfluidleitgehäuse (106) zum Leiten eines Kühlfluids (114) um ein elektrisches Verbindersystem (100), umfassend einen Steckverbinder (102) und einen Gegensteckverbinder (104), wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) umfasst: einen ersten Bereich, in dem mindestens ein Abstützelement (130) angeordnet ist, durch das das Kühlfluidleitgehäuse (106) mit einem Steckverbindergehäuse (110) des Steckverbinders (102) in Kontakt gebracht werden kann, und einen zweiten Bereich, in dem eine innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) so angepasst ist, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) einer äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) nach Aufnahme des Steckverbinders (102) in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) wenigstens teilweise umgibt, und wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) mindestens einen Kühlfluidanschluss (108) aufweist, mittels welchem das Kühlfluid (114) in den mindestens einen Kühlkanal einleitbar ist.
Kühlfluidleitgehäuse (106) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kühlfluidanschluss (108) als ein Anschlussstutzen, ein Anschlussflansch oder eine Anschlussbuchse ausgebildet ist.
Kühlfluidleitgehäuse (106) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) mindestens eine Kühlfluidleitwand (138) umfasst, die dazu angepasst ist, einen Teil des mindestens einen Kühlkanals zu begrenzen.
Kühlfluidleitgehäuse (106) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich der Kühlkanal, ausgehend vom Kühlfluidanschluss (108) im Kühlfluidleitgehäuse (106) nach außen entlang der äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) durch eine Kanalöffnung (136) zum Austritt von Kühlfluid öffnet, wobei der Kühlkanal, abgesehen von der Kanalöffnung (136), an wenigstens einer weiteren Stelle entlang der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) gasdurchlässig ausgebildet ist.
Elektrisches Verbindersystem (100), umfassend einen Steckverbinder (102) und einen Gegensteckverbinder (104), mit einem Kühlfluidleitgehäuse (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Kühlkanal entlang der äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) so geführt ist, dass der mindestens eine Kühlkanal in Richtung einer Wärmequelle innerhalb des Steckverbindergehäuses (110) hinführbar ist.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) mindestens einen zweiten Kühlfluidanschluss (108) für einen stromabwärtigen Abtransport des Kühlfluids aufweist.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei sich in dem zweiten Bereich der vordefinierte Abstand zwischen der inneren Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) und der äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) in einem Eingangsbereich von dem eines Ausgangsbereichs des mindestens einen Kühlkanals unterscheidet.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) in Richtung eines Kontaktelementzugangs (116) für den Gegensteckverbinder (104) bündig mit der äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) abschließt.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) weiterhin dazu angepasst ist, den Gegensteckverbinder (104) aufzunehmen, und wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) einen dritten Bereich umfasst, in dem die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) so angepasst ist, dass die innere Wandung in dem dritten Bereich einer äußeren Wandung (150) eines Gegensteckverbindergehäuses (112) des Gegensteckverbinders (104) in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem dritten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) den mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung (150) des Gegensteckverbindergehäuses (112) wenigstens teilweise umgibt.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) eine Vielzahl von Kühlschalen (118, 120) umfasst, und wobei jede der Kühlschalen (118, 120) Befestigungselemente (122) aufweist, mit deren Hilfe die jeweilige Kühlschale (118, 120) an mindestens einer der anderen Kühlschalen (118, 120) befestigt werden kann.
Elektrisches Verbindersystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) so eingerichtet ist, dass in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses mit der äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) jeweils eine Vielzahl von separaten Kühlkanälen bildet.
Elektrisches Verbindersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei die äußere Wandung (140) des Steckverbinders (110) mindestens ein Fluidleitelement umfasst, dass den mindestens einen Kühlkanal begrenzt.
Verfahren zum Einbau eines elektrischen Verbindersystems (100) mit einem Kühlfluidleitgehäuse (106) zum Leiten eines Kühlfluids (114) um das elektrische Verbindersystem (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen des elektrischen Verbindersystems (100), umfassend einen Steckverbinder (102) und einen Gegensteckverbinder (104), Anbringen des Kühlfluidleitgehäuses (106), wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) in einem ersten Bereich, in dem mindestens ein Abstützelement (130) angeordnet ist, mit einem Steckverbindergehäuse (110) des Steckverbinders (102) in Kontakt gebracht wird, eine innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) in einem zweiten Bereich einer äußeren Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem zweiten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung (140) des Steckverbindergehäuses (110) wenigstens teilweise umgibt, und das Kühlfluidleitgehäuse (106) mindestens einen äußeren Kühlfluidanschluss (108) aufweist, mittels welchem das Kühlfluid (114) in den mindestens einen Kühlkanal einleitbar ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Kühlfluidleitgehäuse (106) solcher Art angebracht wird, dass die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) in einem dritten Bereich einer äußeren Wandung (150) eines Gegensteckverbindergehäuses (112) des Gegensteckverbinders (104) in einem vordefinierten Abstand folgt, wobei in dem dritten Bereich die innere Wandung des Kühlfluidleitgehäuses (106) den mindestens einen Kühlkanal begrenzt, der die äußere Wandung (150) des Gegensteckverbindergehäuses (112) wenigstens teilweise umgibt.