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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Energietechnik und betrifft ein Kabel zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale, wobei in einem Betriebszustand eine aktive Kühlung mittels eines Kühlmediums zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Steckverbinder mit einem Kühlkörper, eine Anordnung, umfassend einen Steckverbinder und ein Kabel, sowie ein Verfahren zur Kühlung eines Steckverbinders.
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Zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale dienen in der Regel elektrische Leitungen in Form von Kabeln. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Konfigurationen und Ausbildungen für unterschiedlichste Zwecke bekannt. Je nach vorgesehenem Einsatzgebiet des Kabels müssen jeweilige Anforderungen erfüllt werden. Beispielsweise wird im Bereich der Elektromobilität für den Ladevorgang von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen, beispielsweise batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV), eine Schnellladetechnik mit Gleichstrom angewendet. Der Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs soll in kurzer Zeit, das heißt in wenigen Minuten, erledigt sein. Hierbei heizen sich elektrische Leiter und Kontaktelemente beim Übertragen großer Stromstärken aufgrund von ohmschen Stromwärmeverlusten auf, was wiederum zu einer unerwünschten Erwärmung des Kabels sowie vor allem eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinders führen kann.
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So kommen beispielsweise bei der Ladetechnik, welche auch als „DC-Schnellladetechnik“ oder als so genanntes „High-Power Charging (HPC)“ bezeichnet wird, Kabel mit aktiver Kühlung unter Verwendung eines Kühlmediums zum Einsatz. Vor allem soll während des Ladevorgangs eine Erwärmung der Kabel und des Steckverbinders in Form eines Ladesteckers (so genannter „Connector“) durch den Abtransport entstehender Wärme durch das Kühlmedium reduziert werden. Dies trifft beispielsweise auch auf den Gegensteckverbinder in Form einer Ladesteckdose (Ladedose) zu, welcher sich an dem aufzuladenden Fahrzeug befindet.
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Aufgrund von Anforderungen durch Normvorgaben, wie beispielsweise DIN EN 62196 oder IEC 62196-3, sind Temperaturen innerhalb des Steckverbinders auf eine Differenz von 50 K und eine Höchsttemperatur auf maximal 90°C begrenzt.
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Um den negativen Auswirkungen infolge entstehender Wärme entgegenzuwirken, wäre eine Möglichkeit, den Querschnitt der elektrischen Leiter zu erhöhen. Dies hat allerdings den Nachteil, dass das Kabel einerseits schwerer und andererseits unflexibler wird. Beispielsweise müssen für Nutzfahrzeuge aufgrund großer Batteriekapazitäten für kurze Ladezeiten sehr hohe Ladeleistungen zur Verfügung gestellt werden. Um diese Ladeleistungen realisieren zu können, werden sehr hohe Stromstärken von beispielsweise 3000 Ampere erzeugt, was wiederum eine aktive Kühlung des Kabels und der Kontaktelemente, insbesondere der Lastkontaktelemente erfordert.
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Aktiv mit einem Medium gekühlte Kabel sind auch aus der Patentliteratur des Stands der Technik bekannt.
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So wird beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift Nr.
DE 10 2018 123 455 A1 ein flüssigkeitsgekühlter Kabelaufbau mit zwei Kabeln beschrieben, die jeweils eine Kühlflüssigkeitsleitung und mehrere um die jeweilige Kühlflüssigkeitsleitung herum angeordnete elektrische Leiter und einen Kabelmantel umfasst. Ferner hat der Kabelaufbau eine Außenhülle, welche die zwei Kabel umgibt, sodass mindestens ein Kühlflüssigkeitsschlauch innerhalb der Außenhülle und außerhalb der Kabel angeordnet ist. Am Ende der Außenhülle ist das Kabel mit einem Steckverbinder verbunden. Für die Flüssigkeit kann über den Steckverbinder und mittels einer Pumpe ein geschlossener Kreislauf bereitgestellt werden
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Die deutsche Offenlegungsschrift Nr.
DE 10 2020 132 724 A2 betrifft ein Kühlmodul für ein Steckverbinderteil. Das Kühlmodul verfügt über einen Grundkörper mit einer Ausnehmung, in der ein Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung durch eine elektrische Lastleitung ausgebildet ist. Ferner ist eine in die Ausnehmung mündende Öffnung vorgesehen, über die ein Kühlmittel durch die Ausnehmung strömbar ist.
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In der deutschen Offenlegungsschrift Nr.
DE 10 2016 209 607 A1 wird unter anderem eine Ladeleitung, das heißt ein Ladekabel zur Übertragung elektrischer Energie beschrieben. Das Ladekabel ist durch eine Mantelleitung mit mehreren darin angeordneten Stromleiterkabeln und einem Schutzleiterkabel gekennzeichnet. An einer Innenfläche der Mantelleitung ist eine Metallfolie angeordnet. Ferner umfasst das Ladekabel im Inneren seiner Mantelleitungen mehrere separat ausgebildete Kühlleitungen, die zwischen den jeweiligen Stromkabeln angeordnet sind.
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Die deutsche Patentschrift Nr.
DE 10 2018 112 596 B3 betrifft unter anderem ein Schutzerdungs- und Kühlsystem für einen Ladestecker mit einem Schutzleiterkontakt zur galvanischen Verbindung mit einem Schutzleiter. Zum Abführen von im Ladestecker erzeugter Wärme ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, welche mit dem Schutzleiterkontakt zumindest teilweise galvanisch verbunden ist.
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Bei den aus der Patentliteratur des Stands der Technik bekannten Lösung ergibt sich beispielsweise der Nachteil, dass sich Kühlmittel aufgrund des ohmschen Stromwärmeverlusts bereits an Lastleitungen erwärmt, das heißt aufheizt und dies zu einer verringerten Kühlleistung und somit verminderten Kühleffektivität an den Lastkontaktelementen eines Steckverbinders führt, mit welchem das Kabel verbunden ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kabel zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale bereitzustellen, welches vor allem hinsichtlich Kühleffektivität, das heißt für Kühlvorgänge weiter optimiert ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Steckverbinder bereitzustellen, welcher vor allem hinsichtlich Kühleffektivität weiter optimiert ist, sodass vorzugsweise eine aktive Kühlung, das heißt ein aktiver Wärmeabtransport von dem Steckverbinder realisiert werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung, vorzugsweise eine Ladestation, mit einem Steckverbinder und mit einem Kabel sowie ein Verfahren zur Kühlung eines Steckverbinders bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11, 17 und 18 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt ein Kabel, vorzugsweise ein Ladekabel, zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale, wobei das Kabel einen Kabelaußenmantel umfasst, wobei innerhalb des Kabelaußenmantels zumindest zwei Lastleitungen zur Übertragung der elektrischen Energie und zumindest eine Schutzleitung zur Realisierung einer Schutzleiterfunktion angeordnet sind, wobei die Schutzleitung einen Kühlkanal zur Führung eines Kühlmediums umfasst.
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Durch den erfindungsgemäßen Aspekt, wonach die zumindest eine Schutzleitung (PE-Leitung) des Kabels einen Kühlkanal umfasst, kann ein hinsichtlich Kühleffizienz verbessertes Kabel bereitgestellt werden. Die zumindest eine Schutzleitung des Kabels ist in einem Betriebszustand des Kabels, in welchem elektrische Energie übertragen wird, in der Regel nicht stromführend, wodurch keine Erwärmung der zumindest einen Schutzleitung durch ohmsche Stromwärmeverluste stattfindet. Somit lässt sich durch den Kühlkanal der zumindest einen Schutzleitung ein Kühlmedium transportieren, vorzugsweise pumpen, welches kaum oder nur sehr gering, das heißt vernachlässigbar erwärmt wird. Ein an das Kabel angeschlossener Steckverbinder kann demnach effektiv mit dem Kühlmedium gekühlt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Schutzleitung zwischen zumindest einer ersten Lastleitung und zumindest einer zweiten Lastleitung der zumindest zwei Lastleitungen angeordnet und zu der zumindest einen ersten Lastleitung und zu der zumindest einen zweiten Lastleitung thermisch isoliert ist.
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Durch die Vorsehung einer thermischen Isolierung kann vor allem der Kühlkanal der zumindest einen Schutzleitung gegenüber den zumindest zwei Lastleitungen abgeschirmt werden, sodass innerhalb des Kabels keine Übertragung oder kaum Übertragung von Wärme an das Kühlmedium in dem Kühlkanal durch weitere Komponenten oder Elemente des Kabels stattfindet.
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Es ist möglich, dass in einer Querschnittsansicht des Kabels ein Schutzleitungsmantel der zumindest eine Schutzleitung und/oder der Kühlkanal und/oder der Kabelaußenmantel jeweils eine im Wesentlichen kreisrunde Außenkontur aufweist; und/oder dass die zumindest eine Schutzleitung innerhalb des Kabelaußenmantels und zu dem Kabelaußenmantel beabstandet angeordnet ist, sodass sich in einer radialen Richtung des Kabels zwischen dem Kabelaußenmantel und der zumindest einen Schutzleitung zumindest abschnittsweise ein Hohlraum ausbildet; und/oder dass die zumindest eine Schutzleitung innerhalb des Kabelaußenmantels mittig, vorzugsweise konzentrisch, angeordnet ist.
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Dadurch kann beispielsweise ein kompakter und somit platzsparender Aufbau des Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Schutzleitung einen Schutzleitungsmantel und zumindest einen Schutzleiter umfasst, wobei der zumindest eine Schutzleiter, vorzugsweise mehrere Schutzleiter, zwischen dem Schutzleitungsmantel und dem Kühlkanal angeordnet ist; und/oder dass die zumindest eine Schutzleitung als Litzenleitung, vorzugsweise als Drahtgeflechtleitung, ausgebildet ist und eine Vielzahl an Schutzleitern zumindest abschnittsweise um den Kühlkanal herum angeordnet ist, und/oder eine Vielzahl an Schutzleitern den Kühlkanal in einer Umfangsrichtung ummantelt. Der Kühlkanal ist dadurch beispielsweise auch bei Auftreten mechanischer Belastungen in Form elastischer Verformungen im Zuge der Handhabung des Kabels geschützt.
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Es ist möglich, dass zwischen dem Kühlkanal und zumindest einem Schutzleiter und einem Schutzleitungsmantel der zumindest einen Schutzleitung zumindest abschnittsweise eine Pressverbindung und/oder eine Klebeverbindung ausgebildet wird. Dadurch kann die zumindest eine Schutzleitung kompakter und/oder stabiler realisiert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Lastleitung der zumindest zwei Lastleitungen einen Kühlkanal zur Führung eines Kühlmediums umfasst, wobei ein resultierender Durchflussquerschnitt für das Kühlmedium des Kühlkanals der zumindest einen Schutzleitung zumindest gleich oder größer ist, als ein resultierender Durchflussquerschnitt für das Kühlmedium des Kühlkanals der zumindest einen Lastleitung. Dadurch kann beispielsweise die Kühleffektivität des Kabels weiter verbessert werden. Der Kühlkanal der zumindest einen Schutzleitung dient vorzugsweise zum Transport des Kühlmediums hin zu einem an das Kabel angeschlossenem Steckverbinder. Der Kühlkanal der zumindest einen Lastleitung dient vorzugsweise zum Transport des Kühlmediums weg von einem an das Kabel angeschlossenen Steckverbinder.
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Es ist möglich, dass der Kühlkanal der zumindest einen Schutzleitung und/oder ein Kühlkanal zumindest einer Lastleitung der zumindest zwei Lastleitungen zumindest abschnittsweise formvariabel ausgebildet und/oder zumindest abschnittsweise im Wesentlichen formstabil ausgebildet und/oder zumindest abschnittsweise aus einem elastisch verformbaren Isolierstoff hergestellt ist, wobei der Isolierstoff elektrisch und thermisch isolierend ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Schutzleiter der zumindest einen Schutzleitung aus einem Schutzleiterwerkstoff hergestellt ist und dass zumindest ein Lastleiter zumindest einer Lastleitung der zumindest zwei Lastleitungen aus einem Lastleiterwerkstoff hergestellt ist, wobei der Schutzleiterwerkstoff eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als eine Wärmeleitfähigkeit des Lastleiterwerkstoffs.
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Es ist möglich, dass die zumindest eine Schutzleitung einen Schutzleitungsmantel und zumindest einen Schutzleiter umfasst, wobei der Schutzleitungsmantel, der zumindest eine Schutzleiter und der Kühlkanal jeweils im Wesentlichen schlauchförmig oder jeweils im Wesentlichen röhrenförmig ausgebildet ist und wobei der zumindest eine Schutzleiter zwischen dem Schutzleitungsmantel und dem Kühlkanal angeordnet ist. Dadurch kann das Kabel beispielsweise relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Schutzleitungsmantel und/oder der Kühlkanal kann beispielsweise nach einem Press- und/oder Ziehverfahren hergestellt sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kabel zumindest eine Signalleitung umfasst, wobei die zumindest eine Signalleitung innerhalb des Kabelaußenmantels und zu der zumindest einen Schutzleitung beabstandet angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zumindest eine Signalleitung zwischen dem Kabelaußenmantel, zumindest einer ersten Lastleitung und zumindest einer zweiten Lastleitung der zumindest zwei Lastleitungen angeordnet ist. Dadurch wird neben der Übertragung elektrischer Energie beispielsweise auch eine Übertragung elektrischer Signale durch das Kabel realisiert, wobei eine Übertragung von Wärme an die zumindest eine Signalleitung vernachlässigbar verringert ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt einen Steckverbinder zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einem Gegensteckverbinder in einer Steckrichtung, um in einem Betriebszustand elektrische Energie und/oder elektrische Signale zu übertragen, wobei der Steckverbinder ein Isolierstoffgehäuse mit einem Steckabschnitt aufweist, in welchem zur Bildung eines Steckgesichts zumindest ein erstes Lastkontaktelement, zumindest ein zweites Lastkontaktelement und zumindest ein Schutzleiterkontaktelement aufgenommen sind, wobei der Steckverbinder einen Kühlkörper zum Anschluss eines Kühlkanals zumindest einer Schutzleitung eines Kabels wie hierin offenbart umfasst, wobei der Kühlkörper zur Führung eines Kühlmediums zumindest einen Hohlraum umfasst, welcher von dem Kühlmedium durchströmbar ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper einteilig ausgebildet ist oder mehrteilig ausgebildet ist und zumindest ein erstes Kühlkörperteil und zumindest ein zweites Kühlkörperteil umfasst, wobei das zumindest eine erste Kühlkörperteil mit dem zumindest einen ersten Lastkontaktelement thermisch leitend und/oder elektrisch leitend verbunden ist, und dass das zumindest eine zweite Kühlkörperteil mit dem zumindest einen zweiten Lastkontaktelement thermisch leitend und/oder elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch kann ein Abtransport entstehender Wärme in einem Betriebszustand des Steckverbinders, das heißt in einem Ladebetriebszustand der Übertragung elektrischer Energie, sowohl von dem zumindest einen ersten Lastkontaktelement als auch von dem zumindest einen zweiten Lastkontaktelement realisiert werden.
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Es ist möglich, dass der zumindest eine erste Kühlkörperteil und/oder der zumindest eine zweite Kühlkörperteil jeweils zumindest abschnittsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist, und/oder sich auf der dem Steckgesicht gegenüberliegenden Seite in der Steckrichtung erstreckt und zur Montage zumindest eines Lastleiters zumindest einer Lastleitung konfiguriert ist, um in einem mit dem Kabel mit zumindest einem Lastleiter verbundenen Zustand eine elektrisch leitende und/oder eine thermisch leitende Verbindung zwischen dem zumindest einen ersten Kühlkörperteil und/oder dem zumindest einen zweiten Kühlkörperteil und dem jeweiligen zumindest einen Lastleiter auszubilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Hohlraum in dem Kühlkörper elektrisch isoliert ausgebildet ist, und/oder dass der zumindest eine Hohlraum zumindest eine Rippe zur Aufnahme und/oder Übertragung von Wärme und/oder zur Führung des Kühlmediums in eine definierte Strömungsrichtung innerhalb des zumindest einen Hohlraums umfasst, und/oder dass der zumindest eine Hohlraum zumindest abschnittsweise in Form eines Labyrinths ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper zumindest einen Einlass zum Eintritt des Kühlmediums in den zumindest einen Hohlraum und zumindest einen Auslass zum Austritt des Kühlmediums aus dem zumindest einen Hohlraum umfasst, wobei vorzugsweise der zumindest eine Einlass und der zumindest eine Auslass auf einer gemeinsamen Seite des Kühlkörpers angeordnet und/oder ausgebildet sind. Dadurch kann beispielsweise ein kompakter Aufbau und/oder eine vereinfachte Montage des Steckverbinders realisiert werden.
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Es ist möglich, dass an dem zumindest einen Einlass und/oder an dem zumindest einen Auslass jeweils ein Anschlussstutzen zum Anschluss eines jeweiligen Kühlkanals zumindest einer von folgenden Leitungen des Kabels angeordnet ist: eine Lastleitung zur Übertragung elektrischer Energie und/oder eine Schutzleitung zur Realisierung einer Schutzleiterfunktion. Durch die Vorsehung eines jeweiligen Anschlussstutzens kann beispielweise eine Wartung des Steckverbinders weiter vereinfacht werden. Ferner kann eine Montage des Steckverbinders mit dem Kabel weiter optimiert werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt eine Anordnung, vorzugsweise eine Ladestation, mit einem Steckverbinder zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale in einem Betriebszustand und mit einem Kabel zur Übertragung der elektrischen Energie und/oder der elektrischen Signale, wobei der Steckverbinder wie hierin offenbart ausgebildet ist und wobei das Kabel wie hierin offenbart ausgebildet ist, wobei zur Realisierung einer Kühlung des Steckverbinders der Steckverbinder mit dem Kabel über ein Kühlmedium fluidmechanisch verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem vierten allgemeinen Gesichtspunkt ein Verfahren zur Kühlung eines Steckverbinders in einem Betriebszustand zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale, wobei der Steckverbinder mit einem Kabel verbunden ist, wobei der Steckverbinder wie hierin offenbart ausgebildet ist und wobei das Kabel wie hierin offenbart ausgebildet ist, wobei ein Kühlmedium durch den Kühlkanal der zumindest einen Schutzleitung in Richtung des Steckverbinders transportiert, vorzugsweise gepumpt, wird oder strömt, und wobei das Kühlmedium den zumindest einen Hohlraum des Kühlkörpers des Steckverbinders durchströmt und entstehende Wärme an dem zumindest einen ersten Lastkontaktelement und/oder an dem zumindest einen zweiten Lastkontaktelement auf das Kühlmedium in dem zumindest einen Hohlraum übertragen wird, und wobei das Kühlmedium, vorzugsweise das erwärmte Kühlmedium, durch zumindest einen Kühlkanal der zumindest einen Lastleitung von dem Steckverbinder weg transportiert, vorzugsweise gepumpt, wird oder strömt.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein auf die Vorrichtung/en des erfindungsgemäßen Kabels und/oder des erfindungsgemäßen Steckverbinders gerichtete und/oder damit in Zusammenhang offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere oder andere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Abschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht und mit ausgeblendeten Signalleitungen;
- 2 den Kabelabschnitt aus 1 in einer Schnittansicht (Querschnittsansicht);
- 3 eine Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Kabelabschnitt aus den 1 und 2 in einer ersten perspektivischen Ansicht;
- 4 die Anordnung aus 3 in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
- 5 den Steckverbinder aus den 3 und 4 in einer Schnittansicht und mit ausgeblendetem Kabelabschnitt;
- 6 die Anordnung aus den 3 und 4 in einer Schnittansicht (Seitenansicht).
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Gleiche oder funktional äquivalente Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu deren Erläuterung wird teilweise auch auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele und/oder Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die folgende detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dient zur näheren Veranschaulichung oder Verdeutlichung und soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken.
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1 zeigt einen Abschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kabels 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
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Das Kabel 100 ist vorzugsweise als ein Ladekabel ausgebildet und/oder konfiguriert, welches im Zuge von Ladevorgängen batterieelektrischer Fahrzeuge, das heißt elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge) zum Einsatz kommt. Grundsätzlich kommen auch andere Anwendungen und Einsatzgebiete des Kabels 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht, vor allem, wenn beispielsweise mittels des Kabels 100 hohe Gleichströme übertragen werden müssen, welche zur Erwärmung von jeweiligen elektrischer Leitern, vor allem Lastleitern, führen.
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Das Kabel 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist hinsichtlich einer Kühleffektivität optimiert, was sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt.
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Das Kabel 100 erstreckt sich in einer Längsrichtung L und ist zumindest abschnittsweise flexibel, das heißt reversibel und/oder elastisch verformbar. Das Kabel 100 umfasst einen Kabelaußenmantel 8. Der Kabelaußenmantel 8 ist aus zumindest einer Schicht aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, das heißt Isolierstoff auf Kunststoffbasis, ausgebildet. Der Kabelaußenmantel 8 dient zum Schutz der innerhalb des Kabelaußenmantels 8 angeordneten weiteren Komponenten und Elemente des Kabels 100.
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Das Kabel 100 umfasst sechs Lastleitungen 1 bis 6 zur Übertragung elektrischer Energie, beispielsweise in Form von Gleichstrom. Es ist möglich, dass das Kabel 100 mehr oder weniger als sechs Lastleitungen 1 bis 6, mindestens jedoch zwei Lastleitungen 1 bis 6 umfasst.
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Darüber hinaus umfasst das Kabel 100 eine Schutzleitung 7 (PE-Leitung/engl. protective earth) zur Realisierung einer Schutzleiterfunktion, um beispielsweise unerwünschte und/oder gefährliche Ströme über die Schutzleitung abzuleiten und Kurzschlüsse an das Kabel 100 angeschlossener elektrischer Maschinen, Geräte oder Vorrichtungen zu vermeiden oder elektrische Schläge zu verhindern. Sowohl die sechs Lastleitungen 1 bis 6 als auch die Schutzleitung 7 sind innerhalb des Kabelaußenmantels 8 des Kabels 100 angeordnet. Das Kabel 100 ist somit vorzugsweise ein mehradriges Kabel 100, das heißt ein Kabel 100 mit mehreren Adern, das heißt mit mehreren unterschiedlichen Leitungen.
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Jede der Lastleitungen 1 bis 6 umfasst jeweils einen Lastleitungsmantel 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1, 6.1 zur Realisierung einer Schutzfunktion und/oder einer Isolationsfunktion. Der Lastleitungsmantel 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1, 6.1 der jeweiligen Lastleitung 1 bis 6 kann analog oder entsprechend dem Kabelaußenmantel 8 ausgebildet sein. Jede der Lastleitungen 1 bis 6 umfasst oder beherbergt jeweils zumindest einen elektrischen Lastleiter 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2, 6.2 zur Übertragung der elektrischen Energie, beispielsweise in Form von Gleichstrom mit einer Stromstärke von beispielsweise bis zu 3000 Ampere. Ferner umfasst jede der Lastleitungen 1 bis 6 jeweils einen Kühlkanal 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 zur Führung eines Kühlmediums M und somit zur aktiven Kühlung des Kabels 100 und vor allem angeschlossener elektrischer Maschinen, Geräte oder Vorrichtungen, was nachfolgend noch näher beschrieben wird. Es versteht sich, dass der Kühlkanal 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 in Bezug auf das Kühlmedium M als Leitung ausgebildet ist, um eine Durchströmung mit Kühlmedium M zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß umfasst die Schutzleitung 7 einen Kühlkanal 7.3 in Form einer Leitung zur Führung eines Kühlmediums M.
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Die Schutzleitung 7 ist in einem Betriebszustand des Kabels 100, vor allem in einem Normalbetriebszustand des Kabels 100, vorzugsweise in Verbindung mit einem Steckverbinder 200 (siehe hierzu die Beschreibung der 3 bis 6), nicht stromdurchflossen, womit kein Stromwärmeverlust an ein in dem Kühlkanal 7.3 befindliches Kühlmedium M abgegeben werden kann. Demnach kann vorteilhaft über den Kühlkanal 7.3 Kühlmedium M zu einem zu kühlenden Steckverbinder 200 geführt oder transportiert, vorzugsweise gepumpt werden, ohne dass sich das Kühlmedium M in dem Kühlkanal 7.3 im Vergleich zu den Kühlkanälen 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 der Lastleitungen 1 bis 6 nennenswert erwärmt und somit aufheizt, was wiederum eine Kühleffektivität vermindern würde.
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Der Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 sowie auch die Kühlkanäle 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 sind mit einem Kühlmedium M beaufschlagbar, vorzugsweise druckbeaufschlagbar. Das Kühlmedium M ist vorzugsweise ein flüssiges oder zumindest fließbares Medium mit einer hinreichenden Wärmespeicherfähigkeit. Beispielsweise ist das Kühlmedium M Wasser. Es ist möglich, dass das Kühlmedium M ein elektrisch nicht leitendes Medium ist.
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In 1 sind in Relation zueinander vorteilhafte Strömungsrichtungen des Kühlmediums M in jeweiligen Kühlkanälen 3.3, 7.3 und 6.3 mit entsprechenden Pfeilen dargestellt. Vorzugsweise ist in einem Betriebszustand des Kabels 100 die Strömungsrichtung des Kühlmediums M in dem Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums M in den Kühlkanälen 3.3, 6.3 der Lastleitungen 3 und 6. Mit anderen Worten wird das Kühlmedium M zur Kühlung des Steckverbinders 200 durch die Schutzleitung 7 eingebracht und teilt sich sodann auf die beiden Lastleitungen 3 und 6 auf. Somit bildet die Schutzleitung einen Vorlauf und die Lastleitungen 3 und 6 einen Rücklauf. Das dem Schutzleiter 7 zugeordnete Kühlmedium M, das heißt aus dem Schutzleiter 7 kommende Kühlmedium M nimmt Wärme von den Lastkontaktelementen 31 und 32 auf (siehe hierzu die 3). Das erwärmte Kühlmedium M nimmt anschließend beim Rücklauf die Verlustwärme der Lastleitungen 3 und 6 auf und kühlt diese zusätzlich. Die übrigen Lastleitungen 1, 2, 4 und 5 bilden vorzugsweise eigene Kühlkreisläufe, das heißt sind Bestandteil eigener und voneinander unabhängiger Kühlkreisläufe. So bildet beispielsweise in Bezug auf das Kühlmedium M die Lastleitung 1 einen Vorlauf und die Lastleitung 2 den dazugehörigen Rücklauf, wobei an dem Steckverbinder 200 die beiden Kühlkanäle 1.3 und 2.3 fluidmechanisch miteinander verbunden sind. Ein solcher Kühlkreislauf dient insbesondere der Kühlung der jeweiligen Lastleitungen 1, 2, 4, und 5 und hat in der Regel keinen oder kaum Einfluss auf die Kühlung des Steckverbinders 200. Ebenso können die Kühlkanäle 4.3 und 5.3 der Lastleitungen 4 und 5 in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlmediums M einen Vorlauf und einen Rücklauf bilden, vorzugsweise als Bestandteil eines eigenen oder separaten Kühlkreislaufs.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Vor- und Rückläufe des Kühlmediums M in den Kühlkanälen 1.3, 2.3, 4.3 und 5.3 und damit verbunden die Lastleitungen 1, 2, 4 und 5 derart angeordnet, dass sich angrenzend an die Lastleitungen 3 und 6 jeweils eine Lastleitung 1, 2, 4, 5 mit einem Vorlauf und jeweils eine Lastleitung 1, 2, 4, 5 mit einem Rücklauf befindet. Durch eine derartige Anordnung lässt sich eine in Bezug auf die Lastleitungen 3 und 6 mehr oder weniger gleichmäßige und/oder symmetrische Kühlung mittels Konduktion realisieren.
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Die Schutzleitung 7 und hier insbesondere der Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 ist gegenüber den Lastleitungen 1 bis 6 thermisch isoliert. Wie sich aus der Darstellung in 1 ergibt, ist die Schutzleitung 7 und hier der Schutzleitungsmantel 7.1 von den Lastleitungen 1 bis 6, das heißt den Lastleitungsmänteln 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1, 6.1 umgeben. Mit anderen Worten sind die Lastleitungen 1 bis 6 um die Schutzleitung 7 herum und innerhalb des Kabelaußenmantels 8 des Kabels 100 angeordnet. Die Schutzleitung 7 ist somit zu dem Kabelaußenmantel 8 beabstandet angeordnet und kontaktiert diesen nicht.
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2 zeigt den Kabelabschnitt aus 1 in einer Schnittansicht, das heißt in einer Querschnittsansicht.
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Der Schutzleitungsmantel 7.1 der Schutzleitung 7, der Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 und der Kabelaußenmantel 8 des Kabels 100 weist jeweils eine im Wesentlichen kreisrunde Außenkontur 7K, 7.3K, 8K auf (siehe hierzu die jeweilige Strichpunktlinie in 2).
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In einer radialen Richtung R des Kabels 100 (siehe den entsprechenden Doppelpfeil in 2) ist neben den jeweiligen Lastleitungen 1 bis 6 jeweils zumindest abschnittsweise ein entsprechender Hohlraum zwischen der Schutzleitung 7 und dem Kabelaußenmantel 8 ausgebildet. Der jeweilige Hohlraum ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 nicht näher gekennzeichnet.
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In 2 sind allerdings Querschnitte weiterer Leitungen des Kabels 100 in Form von Signalleitungen 11 bis 16 erkennbar, welche in entsprechenden Hohlräumen angeordnet oder untergebracht sind. Vorzugsweise ist jeweils eine Signalleitung 11 bis 16 zwischen jeweils zwei benachbarten Lastleitungen 1 bis 6 und dem Kabelaußenmantel 8 angeordnet, das heißt in dem jeweiligen Hohlraum beherbergt. Die Signalleitungen 11 bis 16 dienen zur Übertragung elektrischer Signale und umfassen neben einem jeweiligen Signalleitungsmantel einen jeweiligen Signalleiter, welcher beispielsweise als Einzeldraht oder als Litze mit mehreren Einzeldrähten ausgebildet sein kann. Sowohl der jeweilige Signalleitungsmantel als auch der jeweilige Signalleiter einer zugehörigen Signalleitung 11 bis 16 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 nicht näher gekennzeichnet.
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Wie sich aus 2 ergibt, ist die Schutzleitung 7 innerhalb des Kabelaußenmantels 8 im Wesentlichen mittig, vorzugsweise im Wesentlichen konzentrisch, angeordnet. Ein in den jeweiligen Kühlkanälen 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 und 7.3 befindliches Kühlmedium M ist schematisch dargestellt.
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Die Schutzleitung 7 umfasst zumindest einen Schutzleiter 7.2, vorzugsweise mehrere Schutzleiter 7.2, welche in 2 vereinfacht oder schematisch dargestellt sind. Die mehreren Schutzleiter 7.2 in Form von Einzeldrähten, Litzen oder Drahtgeflechten sind zwischen dem Kühlkanal 7.3 und dem Schutzleitungsmantel 7.1 angeordnet und ummanteln oder umgeben den Kühlkanal 7.3 in einer Umfangsrichtung U (siehe den entsprechenden Doppelpfeil in 2).
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Es ist möglich, dass zwischen dem Kühlkanal 7.3, den mehreren Schutzleitern 7.2 und dem Schutzleitermantel 7.1 zumindest abschnittsweise eine elastisch verformbare Pressverbindung und/oder eine elastisch verformbare Klebeverbindung ausgebildet ist. Eine analoge oder entsprechende Ausbildung kann auch für die Lastleitungen 1 bis 6 gegeben sein. Daraus resultiert beispielsweise ein kompakter Aufbau der Schutzleitung 7 sowie der Lastleitungen 1 bis 6 und insgesamt ein kompakter Aufbau des Kabels 100.
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Wie sich ferner aus 2 ergibt, ist ein resultierender Durchflussquerschnitt des Kühlkanals 7.3 der Schutzleitung 7 für das Kühlmedium M im Wesentlichen gleich als ein jeweiliger resultierender Durchflussquerschnitt des jeweiligen Kühlkanals 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 für das Kühlmedium M der jeweils zugeordneten Lastleitung 1 bis 6.
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Sowohl der Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 als auch ein jeweiliger Kühlkanal 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3 der jeweils zugeordneten Lastleitung 1 bis 6 ist zumindest abschnittsweise formvariabel ausgebildet und/oder zumindest abschnittsweise im Wesentlichen formstabil ausgebildet. Vorzugsweise sind sämtliche Kühlkanäle 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3, 7.3 des Kabels 100 aus einem elastisch verformbaren Isolierstoff hergestellt, wobei der Isolierstoff elektrisch und vor allem hinreichend thermisch isolierend ausgebildet ist.
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Ferner kann der zumindest eine Schutzleiter 7.2, vorzugsweise die mehreren Schutzleiter 7.2, aus einem Schutzleiterwerkstoff, das heißt aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, vorzugsweise auf Metallbasis, hergestellt sein und eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, als eine Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Lastleiterwerkstoffs des jeweiligen Lastleiters 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2, 6.2. Dadurch wird beispielsweise eine weitere Verbesserung in der Effizienz der Kühlung mittels dem Kühlmedium M, welches sich in dem Kühlkanal 7.3 als vorzugswiese einem Zulauf befindet, realisiert.
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3 zeigt eine Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Steckverbinders 200 gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Kabelabschnitt des Kabels 100 aus den 1 und 2 in einer ersten perspektivischen Ansicht.
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Der Steckverbinder 200 dient in Verbindung mit dem Kabel 100 als Ladevorrichtung einer Ladestation (in den Figuren nicht dargestellt) zum Laden eines Elektrofahrzeugs, das heißt eines elektrisch antreibbaren oder elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (ebenfalls in den Figuren nicht dargestellt).
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Der Steckverbinder 200 kann beispielsweise nach der Norm IEC 62196-2 oder nach der Norm IEC 62196-3 spezifiziert sein oder basiert vorzugsweise zumindest teilweise auf den Anforderungen der Norm IEC 62196-2 oder IEC 62196-3. Mit anderen Worten kann der Steckverbinder 200 nach dem Combined Charging System- (CCS-) Stecker-System-Standard als so genannter Combo-2-Ladesteckverbinder („Typ 2-Ladestecker“) ausgebildet und/oder spezifiziert sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des Steckverbinders 200 kann dieser auch als so genannter Combo-1-Ladesteckverbinder („Typ 1-Ladestecker“) nach US-amerikanischen Normen und/oder Vorgaben ausgebildet sein. Es ist alternativ ferner auch möglich, dass der Steckverbinder 200 nach einem anderen Standard oder nach einer anderen Norm oder nach einer anderen Spezifikation, beispielsweise nach dem „CHAdeMO-Standard“ oder nach der „ChaoJi stacked-Spezifikation“ oder nach dem „Megawatt Charging System Standard (MCS)“, ausgebildet und/oder spezifiziert ist.
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Der Steckverbinder 200 kann als Ladestecker oder alternativ auch als Ladesteckdose (Ladedose) ausgebildet sein und in Form der Ladesteckdose an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug angeordnet sein.
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Vorliegend ist der Steckverbinder 200 zur Übertragung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom ausgebildet. Der Steckverbinder 200 umfasst ein einteiliges Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 kann alternativ auch mehrteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse 20 ist aus einem Isolierstoff und somit aus einem isolierenden Werkstoff mit inhärenten elektrischen Isoliereigenschaften und daraus resultierenden Isolationsfähigkeiten ausgebildet. Der Isolierstoff kann vorzugsweise auf einem Kunststoff basieren. Das Gehäuse 20 kann beispielsweise durch zumindest einen Gießvorgang und/oder durch zumindest einen Spritzvorgang mit einem Isolierstoff hergestellt sein. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass das Gehäuse 20 durch zumindest einen Sintervorgang und/oder durch zumindest einen 3D-Druckvorgang hergestellt ist. Es versteht sich, dass das Gehäuse 20 aus entsprechenden Wänden und/oder Wandabschnitten ausgebildet ist.
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Das Gehäuse 20 umfasst einen Steckabschnitt 21, welcher sich im Wesentlichen in der Steckrichtung S erstreckt. Eine Stirnseite des Steckabschnitts 21, vorzugsweise in der Steckrichtung S, dient zur Bildung des Steckgesichts 22 des Steckverbinders 200.
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Zur Übertragung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom umfasst der Steckverbinder 200 ein erstes Lastkontaktelement 31 und ein zweites Lastkontaktelement 32, welches jeweils in dem oder innerhalb des Steckabschnitts 21 aufgenommen und/oder angeordnet ist. Ferner umfasst der Steckverbinder 200 die Signalkontaktelemente 33, 34, 35 zur Übertragung elektrischer Signale sowie das Schutzleiterkontaktelement 37 zur Realisierung einer Schutzleiterfunktion des Steckverbinders 200. Sowohl die Signalkontaktelemente 33, 34, 35 als auch das Schutzleiterkontaktelement 37 sind in dem Steckabschnitt 21 aufgenommen und/oder angeordnet und tragen zur Bildung des Steckgesichts 22 bei. Wie sich aus 3 ergibt, sind die jeweiligen Kontaktelemente 31, 32, 33, 34, 35, 37 von Hülsen aus Isolierstoff umgeben und/oder innerhalb jeweiliger Hülsen aus Isolierstoff angeordnet.
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Erfindungsgemäß umfasst der Steckverbinder 200 einen Kühlkörper 40 zum Anschluss des Kühlkanals 7.3 der Schutzleitung 7 des Kabels 100, welcher zur Führung eines Kühlmediums M zumindest einen Hohlraum 43 umfasst, welcher von dem Kühlmedium M durchströmbar ausgebildet ist. Bei dem Steckverbinder 200 gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit eine aktive Kühlung mittels eines Kühlmediums M, welches über ein erfindungsgemäßes Kabel 100 dem Steckverbinder 200 zugeführt und von dem Steckverbinder 200 in einem thermisch veränderten Zustand abgeführt wird, realisiert werden.
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Der Kühlkörper 40 des Steckverbinders 200 kann vorzugsweise als eine einteilige oder mehrteilige separate und/oder autarke Einzelkomponente und somit unabhängig von dem Gehäuse 20 des Steckverbinders 200 ausgebildet sein. Der Kühlkörper 40 kann zumindest abschnittsweise elektrisch leitend ausgebildet und somit aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt sein. Darüber hinaus ist der Kühlkörper 40 vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und somit durch einen vergleichsweise hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten gekennzeichnet ist. Der Kühlkörper 40 dient in Zusammenhang mit dem Kühlmedium M vor allem zur Kühlung der Lastkontaktelemente 31 und 32. In einem Betriebszustand des Steckverbinders 200, vorzugsweise in einem Ladebetriebszustand, in welchem elektrische Energie mit hohen Stromstärken übertragen wird, erwärmen sich die Lastkontaktelemente 31 und 32 entsprechend und es tritt ein so genannter ohmscher Stromwärmeverlust auf. Der Kühlkörper 40 sorgt dafür, dass an den Lastkontaktelementen 31 und 32 entstehende Wärme über den Kühlkörper 40 abgeführt und im Wesentlichen an das in dem Hohlraum 43 befindliche Kühlmedium M übertragen wird. Die aktive Kühlung des Steckverbinders 200 wird in physikalischer Hinsicht somit durch die Phänomene Wärmeleitung (Konduktion) und Wärmeübergang (Konvektion) realisiert.
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Wie sich aus der Darstellung in 3 ergibt, sind die Lastleiter 4.2, 5.2, 6.2 der Lastleitungen 4, 5, 6 elektrisch leitend mit dem Kühlkörper 40 verbunden. Entsprechendes gilt für die Lastleiter 1.2, 2.2, 3.2 der Lastleitungen 1, 2, 3. Ferner lassen sich in 3 Anschlussstutzen 63, 64, 65 für jeweilige Kühlkanäle 3.3, 4.3, 5.3, welche sich an dem Kühlkörper 40 befinden, erkennen. Die Anschlussstutzen 63, 64, 65 sowie diejenigen für die weiteren Lastleitungen 1, 2, 6 und für die Schutzleitung 7, welche in 3 nicht sichtbar sind, dienen zum Anschluss, das heißt zur fluidmechanischen Verbindung des jeweiligen Kühlkanals 1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3, 6.3, 7.3 mit dem Hohlraum 43 des Kühlkörpers 40. Der Kühlkörper 40 wird anhand der weiteren Figuren noch näher beschrieben.
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4 zeigt die Anordnung des Steckverbinders 200 und des Kabels 100 aus 3 in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
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Der Kühlkörper 40 ist zumindest abschnittsweise im Wesentlichen plattenförmig und/oder im Wesentlichen flach ausgebildet. Wie sich anhand der Darstellungen in den weiteren 5 und 6 oder in der Zusammenschau der 4 bis 6 ergibt, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Steckverbinders 200 der Kühlkörper 40 mehrteilig ausgebildet und umfasst vorzugsweise ein erstes Kühlkörperteil 41 und ein zweites Kühlkörperteil 42.
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Das erste Kühlkörperteil 41 ist, wie aus der Darstellung in 4 hervorgeht, über einen flanschförmigen Abschnitt oder einen Vorsprung des ersten Kühlkörperteils 41 mit dem ersten Lastkontaktelement 31 verbunden, vorzugsweise elektrisch und thermisch leitend verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Entsprechendes gilt für das zweite Kühlkörperteil 42 und das zweite Lastkontaktelement 32, welche in der Darstellung in 4 nicht sichtbar sind.
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Die Lastleiter 4.2, 5.2, 6.2 sind über eine (gemeinsame) Stromschiene mit dem ersten Kühlkörperteil 41 verbunden, vorzugsweise elektrisch leitend verbunden. Entsprechendes gilt für die Lastleiter 1.2, 2.2, 3.2 der Lastleitungen 1, 2, 3 auf der gegenüberliegenden Seite, welche mit dem zweiten Kühlkörperteil 42 verbunden sind, welcher beispielsweise in 5 sichtbar ist. In 4 ist der Anschlussstutzen 61 für den Kühlkanal 1.1 der Lastleitung 1 erkennbar.
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5 zeigt den Steckverbinder 200 aus den 3 und 4 in einer Schnittansicht. Der Abschnitt des Kabels 100 ist zur näheren Veranschaulichung ausgeblendet. Gut erkennbar ist die dem Steckgesicht 21 gegenüberliegende Seite des Gehäuses 20 sowie der Kühlkörper 40, welcher geschnitten dargestellt ist. Die beiden Kühlkörperteile 41 und 42, welche jeweils zumindest abschnittsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, bilden zusammen den von einem Kühlmedium M durchströmbaren Hohlraum 43.
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Für den Eintritt des Kühlmediums M in den Hohlraum 43 umfasst der Kühlkörper 40 den Einlass 57, in und/oder an welchem der Anschlussstutzen 67 angeordnet ist. Der Anschlussstutzen 67 ist zum Anschluss eines freien Endes, das heißt eines freien Endabschnitts des Kühlkanals 7.3 der Schutzleitung 7 des Kabels 100 ausgebildet und/oder konfiguriert. Die Strömungsrichtung des Kühlmediums M über den Anschlussstutzen 67 in den Hohlraum 43, das heißt in das Innere des Kühlkörpers 40 ist in 5 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Ferner sind die Anschlussstutzen 63, 64, 65 für die fluidmechanische Verbindung mit den Kühlkanälen 3.3, 4.3, 5.3 dargestellt, welche an einem jeweiligen Auslass des Kühlkörpers 40 angeordnet sind, von welchen in 6 die Auslässe 51 und 54 dargestellt sind. Die Strömungsrichtung des Kühlmediums M über den Anschlussstutzen 64 aus dem Hohlraum 43, das heißt aus dem Inneren des Kühlkörpers 40 heraus ist in 5 ebenfalls mit einem Pfeil gekennzeichnet.
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Aus der Zusammenschau der 5 mit der 6 ergibt sich ferner, dass in dem Hohlraum 43 eine Rippe 45 sowie eine weitere Rippe 44 angeordnet und/oder ausgebildet ist. Die Rippen 44, 45 stellen jeweils entsprechende Wandabschnitte dar und dienen zur Aufnahme und/oder Übertragung und/oder Abgabe von Wärme. Vorzugsweise dienen die Rippen 44, 45 auch zur Führung des Kühlmediums M in eine definierte Strömungsrichtung innerhalb des Hohlraums 43.
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Gut erkennbar sind in 5 die Rückseiten der Lastkontaktelemente 31 und 32, das heißt deren jeweiligen Schraubverbindungen mit den Kühlkörperteilen 41 und 42, welche in elektrischer Hinsicht einen Pluspol und einen Minuspol darstellen.
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Zur Vermeidung eines Kurzschlusses bei Verwendung eines elektrisch leitenden Kühlmediums M, wie beispielsweise Wasser, ist der Hohlraum 43 in dem Kühlkörper 40, das heißt innerhalb des Kühlkörpers 40 elektrisch isoliert ausgebildet. Beispielsweise ist an den Innenflächen des Hohlraums 43 eine Schicht aus einem isolierenden, jedoch wärmeleitenden Kunststoff ausgebildet.
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6 zeigt die Anordnung aus den 3 und 4 in einer Schnittansicht (Seitenansicht), aus welcher vor allem die Ausbildung des Schutzleiterkontaktelements 37 und des Kühlkörpers 40 hervorgeht.
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Gut erkennbar ist die Ausbildung und/oder Anordnung der Rippen 44 und 45 innerhalb des Hohlraums 43 des Kühlkörpers 40. Ferner ist Strömungsweg (Strömungspfad) des Kühlmediums M zur Aufnahme von Wärme von den Kühlkörperteilen 41 und 42 mit Pfeilen dargestellt. Der Hohlraum 43 ist zumindest abschnittsweise in Form eines Labyrinths ausgebildet, sodass sich innerhalb des Hohlraums 43 für das Kühlmedium M Änderungen in der Strömungsrichtung entlang des Strömungswegs ergeben.
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In einem Betriebszustand des Steckverbinders 200 der Übertragung elektrischer Energie wird das Kühlmedium M über den Kühlkanal 7.3 der Schutzleitung 7 des Kabels 100 und über den Anschlussstutzen 67 an dem Einlass 57 dem Hohlraum 43 zugeführt, beispielweise druckbeaufschlagt mittels einer Pumpe (nicht dargestellt). Das Kühlmedium M strömt entlang der Rippen 44, 45, welche in dem Hohlraum 43 zueinander beabstandet angeordnet sind. An einer dem Einlass 57 gegenüberliegend angeordneten Wand des Kühlkörpers 40 findet eine Richtungsänderung der Strömung des Kühlmediums M hin zu den Auslässen des Kühlkörpers 40 statt, wovon in 6 die Auslässe 51 und 54 für die Kühlkanäle 1.3 und 4.3 gezeigt sind.
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Im Zuge der Durchströmung des Hohlraums 43 mit dem Kühlmedium M wird an den Lastkontaktelementen 31 und 32 entstehende Wärme über die Kühlkörperteile 41 und 42 auf das Kühlmedium M übertragen und von dem Kühlmedium M aus dem Steckverbinder 300 abgeführt, das heißt von dem Steckverbinder 200 über das Kabel 100 entfernt, sodass in Bezug auf den Steckverbinder 200 eine aktive Kühlfunktion realisiert wird. Dadurch wird beispielsweise eine Fehlfunktion des Steckverbinders 200 oder gar eine Zerstörung des Steckverbinders 200 aufgrund thermischer Belastungen vermieden. Das Kabel 100 kann wiederum mit einer nicht dargestellten und entsprechend ausgebildeten Ladesäule einer Ladestation verbunden sein. Es versteht sich, dass der Steckverbinder 200 gemäß der vorliegenden Erfindung weitere Komponenten und/oder Elemente umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Vorzugsweise beansprucht die vorliegende Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastleitung
- 1.1
- Lastleitungsmantel
- 1.2
- Lastleiter
- 1.3
- Kühlkanal
- 2
- Lastleitung
- 2.1
- Lastleitungsmantel
- 2.2
- Lastleiter
- 2.3
- Kühlkanal
- 3
- Lastleitung
- 3.1
- Lastleitungsmantel
- 3.2
- Lastleiter
- 3.3
- Kühlkanal
- 4
- Lastleitung
- 4.1
- Lastleitungsmantel
- 4.2
- Lastleiter
- 4.3
- Kühlkanal
- 5
- Lastleitung
- 5.1
- Lastleitungsmantel
- 5.2
- Lastleiter
- 5.3
- Kühlkanal
- 6
- Lastleitung
- 6.1
- Lastleitungsmantel
- 6.2
- Lastleiter
- 6.3
- Kühlkanal
- 7
- Schutzleitung
- 7.1
- Schutzleitungsmantel
- 7.2
- Schutzleiter
- 7.3
- Kühlkanal
- 7K
- Außenkontur
- 8
- Kabelaußenmantel
- 8K
- Außenkontur
- 11
- Signalleitung
- 12
- Signalleitung
- 13
- Signalleitung
- 14
- Signalleitung
- 15
- Signalleitung
- 16
- Signalleitung
- 20
- Gehäuse
- 21
- Steckabschnitt
- 22
- Steckgesicht
- 31
- Lastkontaktelement
- 32
- Lastkontaktelement
- 33
- Signalkontaktelement
- 34
- Signalkontaktelement
- 35
- Signalkontaktelement
- 37
- Schutzleiterkontaktelement
- 40
- Kühlkörper
- 41
- Kühlkörperteil
- 42
- Kühlkörperteil
- 43
- Hohlraum
- 44
- Rippe
- 45
- Rippe
- 51
- Auslass
- 54
- Auslass
- 57
- Einlass
- 61
- Anschlussstutzen
- 63
- Anschlussstutzen
- 64
- Anschlussstutzen
- 65
- Anschlussstutzen
- 67
- Anschlussstutzen
- 100
- Kabel
- 200
- Steckverbinder
- L
- Längsrichtung
- M
- Kühlmedium
- R
- Radialrichtung
- S
- Steckrichtung
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018123455 A1 [0007]
- DE 102020132724 A2 [0008]
- DE 102016209607 A1 [0009]
- DE 102018112596 B3 [0010]
