Steckverbinderteil

Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil, insbesondere eine kraftfahrzeugseitige Ladedose zur Kopplung mit einem Ladestecker als Bestandteile einer elektrischen Ladeinfrastruktur für Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeuge, oder umgekehrt, mit einem Gehäuse aus Kunststoff sowie wenigstens einem im Gehäuse angeordneten elektrischen Kontaktelement, und mit einem Wärmetransportelement, welches in Wärmekontakt mit dem elektrischen Kontaktelement steht.

Bei dem Steckverbinderteil handelt es sich im Allgemeinen um eine Ladedose bei einem Kraftfahrzeug, die mit einem zugehörigen und beispielsweise an einer elektrischen Ladesäule vorhandenen Ladestecker gekoppelt werden kann. Der Ladestecker gehört (ebenso wie die Ladedose) zu einer elektrischen Ladeinfrastruktur, mit deren Hilfe die aufladbaren Energiespeicher bzw. Akkumulatoren von Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugen aufgeladen werden können. Grundsätzlich kann es sich bei dem Steckverbinderteil am Kraftfahrzeug anstelle einer Ladedose auch um einen Ladestecker handeln. In diesem Fall ist die Ladesäule mit einer zugehörigen Ladedose ausgerüstet. Im Regelfall verfügt jedoch das Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug über eine Ladedose mit mehreren im Gehäuse angeordneten elektrischen Kontaktelementen, in welche der an die Ladesäule angeschlossene Ladestecker zum Laden des betreffenden Kraftfahrzeuges eingesteckt wird.

Um an dieser Stelle einerseits hohe elektrische Leistungen der im betreffenden Kraftfahrzeug vorhandenen Elektromotoren mit der erforderlichen elektrischen Energie versorgen zu können und andererseits eine ausreichende Reichweite zur Verfügung zu stellen, wird heutzutage mit Hochvolt-Batterien bzw. - Akkumulatoren gearbeitet, die typischerweise mit Hochvolt-Gleichspannung geladen werden. Neben solchen DC-Ladevorgängen (Direct Current) erlauben die meisten Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge auch die Möglichkeit, den Ladevorgang über eine Wechselspannung im Sinne eines AC-Ladevorganges (Alternate Current) zu realisieren. An dieser Stelle wird meistens jedoch mit geringen Strömen und langen Ladezeiten gearbeitet, wohingegen bei dem zuvor bereits beschriebenen DC-Ladevorgang hohe Spannungen und hohe Ströme sowie daraus resultierende kurze Ladezeiten beobachtet werden. Insbesondere bei DC-Ladevorgängen besteht aufgrund der großen Stromstärke das grundsätzliche Problem, dass die an dieser Stelle genutzten elektrischen Kontaktelemente zunehmend erwärmen. Dadurch steigt ihr Widerstand, was den elektrischen Ladevorgang und ein gewünschtes Schnellladen behindert.

Aus diesem Grund werden im Stand der Technik nach der EP 3 616 270 B1 ein Steckverbinderteil inklusive Temperaturüberwachungseinrichtung beschrieben. Die Temperaturüberwachungseinrichtung sorgt bei einer etwaigen Überhitzung des Kontaktelementes dafür, dass es zu einer Stromabschaltung oder zumindest Stromreduzierung kommt.

Beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der EP 3 433 904 B1 wird so vorgegangen, dass das Kontaktelement mit einem Wärmekapazitätselement bzw. einem Wärmetransportelement ausgerüstet ist. Dadurch soll die Wärmeabfuhr vom Kontaktelement an die Umgebung optimiert und beschleunigt werden. Dadurch lassen sich im günstigsten Fall hohe Stromstärken übertragen, und zwar ohne dass eine mögliche und zusätzlich vorgesehene Temperaturüberwachungseinrichtung anspricht. Das hat sich grundsätzlich bewährt.

Allerdings geht der Stand der Technik nach der EP 3 433 904 B1 insgesamt so vor, dass die Wärmekapazitätselemente unterschiedlicher Kontaktelemente nicht nur elektrisch voneinander isoliert sind, sondern meistens auch über ein Ansetzstück kraftschlüssig oder formschlüssig mit einem Schaftabschnitt des Kontaktelementes verbunden sind. Bei den Wärmekapazitätselementen handelt es sich darüber hinaus um massive quaderförmige Körper. Als Folge hiervon reduziert sich der zur Verfügung stehende Bauraum im Innern des Steckverbinderteils bzw. der Ladedose und wird insgesamt ein erhöhtes Gewicht bei zugleich gesteigerten Kosten beobachtet. Das ist vor dem Hintergrund der generellen Anforderungen im Kraftfahrzeugbereich zur Gewichtseinsparung und Kostenoptimierung nicht mehr akzeptabel. Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Steckverbinderteil so weiterzuentwickeln, dass ein kompakter Aufbau mit gegenüber dem Stand der Technik realisierten Kostenvorteilen beobachtet wird.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Steckverbinderteil im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein an das Kontaktelement heranreichender Bereich des Gehäuses als Wärmetransportelement ausgebildet ist.

Der fragliche und an das Kontaktelement heranreichende Bereich ist dabei in der Regel so ausgelegt, dass er das Kontaktelement umschließt. Außerdem wird in diesem Zusammenhang so vorgegangen, dass der fragliche und das Wärmetransportelement ausbildende Bereich eine gegenüber dem übrigen Gehäuse gesteigerte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dazu sind spezielle Maßnahmen erforderlich, weil der fragliche Bereich wie das Gehäuse insgesamt aus Kunststoff hergestellt sind und demzufolge ein etwaiger Wärmetransport eher langsam vonstattengeht.

Auf diese Weise wird zunächst einmal eine kompakte Ausführungsform zur Verfügung gestellt und umgesetzt, weil das ohnehin erforderliche und obligatorische Gehäuse (aus Kunststoff) für das Steckverbinderteil bzw. die typischerweise an dieser Stelle realisierte Ladedose zugleich als Wärmetransportelement bzw. Wärmekapazitätselement fungiert und ausgelegt ist, und zwar zumindest in dem an das Kontaktelement heranreichenden Bereich. Dadurch kann auf aufwendige und ausladende zusätzliche Wärmetransportelemente ausdrücklich verzichtet werden. Hierbei geht die Erfindung insgesamt von der Erkenntnis aus, dass das Gehäuse für das Steckverbinderteil in der Regel aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt ist. Hier hat sich eine Auslegung als Kunststoffspritzgussteil als besonders günstig erwiesen. Derartige thermoplastische Kunststoffe wie beispielsweise PP (Polypropylen), PA (Polyamid), PBT (Polyethylentheraphthalat), PE (Polyethylen) usw. verfügen typischerweise über Wärmeleitfähigkeiten, die für Polypropylen (PP) beispielsweise 0,23 W/(m ■ K) oder auch für Polyamide bis zu 0,35 W/(m ■ K) betragen. Im Zusammenhang mit Polyethylen werden Werte von ca. 0,5 W/(m ■ K) beobachtet.

Erfindungsgemäß kann nun der als Wärmetransportelement fungierende und bis an das Kontaktelement heranreichende Bereich des Gehäuses aus einem modifizierten Kunststoff derart hergestellt werden, dass als Kunststoff ein solcher mit eingelagerten Füllstoffen zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz kommt. Als geeignete Füllstoffe können in diesem Zusammenhang solche Verwendung finden, die elektrisch isolierend und zugleich thermisch leitfähig ausgebildet sind. Hierzu gehören beispielhaft Aluminiumverbindungen oder Bohrverbindungen, besonders bevorzugt Aluminiumoxid oder Bornitrit. Dadurch lassen sich Steigerungen der Wärmeleitfähigkeit des betreffenden Kunststoffes mindestens um den Faktor 3 herbeiführen.

In diesem Zusammenhang können die betreffenden und thermisch leitfähigen Füllstoffe im Kunststoff in einer Grammatur bis zu 50 Gew-% und mehr vorgesehen werden, sodass insgesamt Wärmeleitfähigkeiten von deutlich mehr als 1 W/(m ■ K) erreicht werden. Weitere Einzelheiten hierzu und zu den geeigneten Füllstoffen und Kunststoffen kann dem an dieser Stelle relevanten und einschlägigen Stand der Technik nach der DE 10 2007 037 316 A1 entnommen werden, die sich mit thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden thermoplastischen Compounds beschäftigt, also Kunststoffen mit den eingelagerten Füllstoffen. Ergänzend mag an dieser Stelle auf die DE 10 2013 208 605 A1 hingewiesen werden.

Neben der Möglichkeit, dass der fragliche und als Wärmetransportelement ausgebildete Bereich des Gehäuses aus Kunststoff mit eingelagerten Füllstoffen und dadurch einer gesteigerten Wärmeleitfähigkeit ausgerüstet wird, sieht die Erfindung als weitere Alternative oder zusätzliche Möglichkeit vor, dass der fragliche Bereich wenigstens einen Kanal mit einem darin befindlichen Fluid aufweist. Das Fluid ist dabei in der Regel zugleich wärmeleitfähig und elektrisch isolierend ausgebildet. Geeignete Fluids stellen in diesem Zusammenhang beispielhaft Öle und insbesondere sogenannte Transformatorenöle dar. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit schlägt die Erfindung in diesem Zusammenhang zusätzlich vor, dass der fragliche Kanal zumindest einen Pfad außerhalb des Bereiches sowie des ihn aufnehmenden Gehäuses aufweist. Dadurch kann die Wärmeabgabe nochmals verbessert werden.

Bei dem fraglichen und als Wärmetransportelement bzw. Wärmekapazitätselement fungierenden Bereich des Gehäuses handelt es sich typischerweise um einen das Kontaktelement aufnehmenden Flansch. Der Flansch verfügt dabei im Allgemeinen über eine überwiegend senkrechte Ebenenerstreckung im Vergleich zu dem den Flansch durchgreifenden Kontaktelement. D. h., die Längserstreckung des Kontaktelementes und die Erstreckung der den Flansch bildenden Ebene sind überwiegend senkrecht zueinander angeordnet.

Außerdem kann in diesem Zusammenhang so vorgegangen werden, dass der fragliche Flansch in eine ihn umgebende Frontabdeckung des Gehäuses eingebettet ist. Die Frontabdeckung des Gehäuses mag dabei - wie das übrige Gehäuse - aus dem thermoplastischen Kunststoff ohne eingelagerte Füllstoffe ausgebildet sein. D. h., die Einlagerung der Füllstoffe ist auf den Bereich bzw. Flansch grundsätzlich reduziert. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, dass das gesamte Gehäuse aus dem modifizierten thermoplastischen Kunststoff mit den eingelagerten Füllstoffen hergestellt wird. Aus Kostengründen wird man jedoch die Einlagerung der Füllstoffe auf den als Wärmetransportelement fungierenden und bis an das Kontaktelement heranreichende Bereich respektive den Flansch des Gehäuses begrenzen.

Im Ergebnis wird ein Steckverbinderteil zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil und insbesondere eine kraftfahrzeugseitige Ladedose zur Verfügung gestellt, die ohne ausladende An- oder Einbauten auskommt und zugleich besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Hierfür sorgt zum einen, dass der Kunststoff mit den eingelagerten Füllstoffen ebenso wie der Kunststoff für das restliche Gehäuse jeweils durch Kunststoffspritzen hergestellt und verarbeitet werden kann. Darüber hinaus sind die an dieser Stelle erforderlichen Zutaten, d. h. die Füllstoffe ebenso wie das eingesetzte Fluid im Kanal, preisgünstig ausgebildet, sodass neben einer besonders kompakten Bauweise zugleich eine gegenüber dem Stand der Technik beobachteter geringerer Herstellungspreis realisiert wird. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Steckverbinderteil in Gestalt einer kraftfahrzeugseitigen Ladedose in einer Frontansicht,

Fig. 2 die zugehörige Rückansicht zur Fig. 1 ,

Fig. 3 den Gegenstand nach den Fig. 1 und 2 in Einzeldarstellungen und Fig. 4A-4C eine andere abgewandelte Ausführungsform.

In den Figuren ist ein Steckverbinderteil zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil dargestellt. Tatsächlich handelt es sich bei dem Steckverbinderteil nach dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 und 2 um eine kraftfahrzeugseitige Ladedose 1 . Die Ladedose 1 ist zur Kopplung mit einem Ladestecker eingerichtet, der im Detail nicht dargestellt ist und einen Bestandteil einer elektrischen Ladeinfrastruktur für Elektro- oder Hybrid- Kraftfahrzeuge darstellt.

Zu diesem Zweck ist die Ladedose 1 mit einem Gehäuse 2 aus Kunststoff sowie wenigstens einem im Gehäuse 2 angeordneten elektrischen Kontaktelement 3 ausgerüstet. Nachfolgend werden lediglich die beiden für einen DC-Ladevorgang benötigten Kontaktelemente 3 näher betrachtet. Die zusätzlich vorgesehenen weiteren elektrischen Kontaktelemente 4, die demgegenüber für einen AC- Ladevorgang benötigt werden, erfahren keine nähere Problematisierung. Nach dem Ausführungsbeispiel sind die beiden elektrischen Kontaktelemente 3 im Innern des Gehäuses 2 mit einem Wärmetransportelement 5, 6 ausgerüstet. Das Wärmetransportelement 5, 6 steht in Wärmekontakt mit dem elektrischen Kontaktelement 3.

Zu diesem Zweck ist zumindest ein an das Kontaktelement 3 heranreichender Bereich 5 des Gehäuses 2 als Wärmetransportelement 5 ausgebildet. Man erkennt, dass der fragliche Bereich 5 bzw. das Wärmetransportelement 5 das Kontaktelement 3 umschließt, wie die Darstellung in der Fig. 3 deutlich macht. Zu diesem Zweck verfügt der fragliche Bereich 5 über eine gegenüber dem übrigen Gehäuse 2 gesteigerte Wärmeleitfähigkeit. Das erreicht die Erfindung derart, dass der fragliche Bereich 5 aus einem Kunststoff mit eingelagerten Füllstoffen zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist. Tatsächlich wird der Bereich 5, welcher als das Kontaktelement 3 aufnehmender Flansch 5 ausgebildet ist, aus einem thermoplastischen Kunststoff wie beispielsweise PP, PE usw. sowie eingelagerten Füllstoffen in Gestalt von beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrit durch Spritzguss hergestellt. Das geschieht in der Weise, dass der fragliche Flansch 5 eine überwiegend senkrechte Ebenenerstreckung im Vergleich zu einer Längserstreckung L des Kontaktelementes 3 aufweist. Tatsächlich handelt es sich bei dem Kontaktelement 3 um einen im Ausführungsbeispiel zylinderförmigen Ladestift. Der Flansch 5 aus dem Kunststoff mit den eingelagerten Füllstoffen wird dabei von dem betreffenden Kontaktelement 3 durchgriffen. Zu diesem Zweck ist der Flansch 5 nach dem Ausführungsbeispiel zusätzlich mit das Kontaktelement 3 umgebenden Radialrippen 5a ausgerüstet, die an den Flansch 5 angeschlossen sind. Außerdem erkennt man, dass der fragliche Flansch 5 in eine ihn umgebende Frontabdeckung 2a des Gehäuses 2 eingebettet ist, wie die Darstellung in der Fig. 3 unmittelbar deutlich macht.

Im Rahmen einer in den Fig. 4A bis 4C dargestellten Variante wird so vorgegangen, dass das Wärmetransportelement 5, 6 als Fluid 6 ausgebildet ist. Das fragliche Fluid 6 findet sich in einem Kanal 7, der dazu in dem als Wärmetransportelement 5 bzw. Flansch 5 ausgebildeten Bereich des Gehäuses 2 vorgesehen ist. Bei dem fraglichen Fluid 6 im Innern des Kanales 7 kann es sich um ein solches handeln, welches sowohl wärmeleitfähig als auch elektrisch isolierend ausgebildet ist. Typischerweise kommt an dieser Stelle Öl und insbesondere Transformatoröl zum Einsatz.

Man erkennt anhand der Fig. 4C, dass der Kanal 7 auch mit einem Pfad 7a außerhalb des fraglichen Bereiches 5 bzw. des Flansches 5 und folglich auch außerhalb des Gehäuses 2 ausgerüstet sein kann. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame Wärmeabfuhr über den Pfad 7a außerhalb des Gehäuses 2 der Ladedose 1 zur Verfügung gestellt und beobachtet. Dabei können insgesamt zwei unterschiedliche Kreisläufe und zugehörige Kanäle 7 für die beiden jeweils dargestellten Kontaktelemente 3 realisiert werden, wie man anhand der Fig. 4A nachvollziehen kann. Die Fig. 4B zeigt eine andere mögliche Führung des Fluids 6 innerhalb des Kanales 7 bzw. der mehreren Kanäle 7.

Bezuqszeichenliste

Ladedose 1

Gehäuse 2 Kontaktelement 3, 4

Wärmetransportelement 5, 6

Flansch 5

Radialrippen 5a

Fluid 6 Kanal ?

Pfad 7a

Kontaktelement 8