DE102023202444A1

DE102023202444A1 - Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung

Info

Publication number: DE102023202444A1
Application number: DE102023202444.6A
Authority: DE
Inventors: Kavitha Avinash Hannikeri; Lorenz Hagenmeyer; Vaclav Kocourek; Martin Astner; Rico Alf Klein; Udo Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2024-09-26
Also published as: WO2024194314A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperieranordnung (10) für eine elektrische Steckverbindung (1), welche zwischen einer Steckvorrichtung (1A) und einer Aufnahmevorrichtung (1B) hergestellt ist und einen elektrischen Laststrom (IL) trägt, mit mindestens einem geschlossenen Kanalsystem (12), welches mindestens einen Kanal zur Führung eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums umfasst und thermisch mit der Steckvorrichtung (1A) der elektrischen Steckverbindung (1) oder mit der Aufnahmevorrichtung (1B) der elektrischen Steckverbindung (1) gekoppelt ist, und mit mindestens einer magnetohydrodynamischen Pumpe (13), welche ausgeführt ist, das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in mindestens einem vorgegebenen Kanalabschnitt (12.1) gezielt zu beschleunigen, so dass ein resultierender Druckaufbau einen gewünschten Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen geschlossenen Kanalsystems (12) bewirkt, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung die Steckvorrichtung (1A) oder die Aufnahmevorrichtung (1B) der elektrischen Steckverbindung (1) temperiert, sowie eine elektrische Steckverbindung (1) mit einer solchen Temperieranordnung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine elektrische Steckverbindung für einen elektrischen Laststrom mit mindestens einer solchen Temperieranordnung.
Die Magnetohydrodynamik (MHD) ist ein Teilgebiet der Physik. Sie beschreibt das Verhalten elektrisch leitender Fluide, die von magnetischen und elektrischen Feldern durchdrungen werden. Die Magnetohydrodynamik im engeren Sinne behandelt Flüssigkeiten, insbesondere auch Plasmen, welche im Rahmen der MHD als Fluide beschrieben werden. Typische Anwendungsgebiete der Magnetohydrodynamik sind die Strömungsbeeinflussung und die Strömungsmessung in Metallurgie und Halbleitereinkristallzüchtung. So können in der Metallurgie beispielsweise Magnetfelder eingesetzt werden, um die Strömung von Flüssigmetallen, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium zu beeinflussen. Bei der Anwendung ist zwischen statischen und zeitabhängigen Magnetfeldern zu unterscheiden. Statische, d.h. zeitunabhängige, Magnetfelder führen zu einer Dämpfung von Turbulenz und werden deshalb beispielsweise in Form magnetischer Bremsen beim Stranggießen von Stahl eingesetzt. Zeitabhängige Magnetfelder finden beispielsweise Anwendung zum elektromagnetischen Abstützen beim Gießen von Aluminium.
Aus der älteren DE 10 2021 210 606.4 der Anmelderin sind eine Temperieranordnung für ein mikroelektrisches System sowie ein mikroelektrisches System mit einer solchen Temperieranordnung bekannt. Die Temperieranordnung umfasst ein geschlossenes Kanalsystem, welches mindestens einen Kanal zur Führung eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums umfasst und thermisch mit mindestens einem zu temperierenden Objekt des mikroelektrischen Systems gekoppelt ist, und eine magnetohydrodynamischen Pumpe mit mehreren magnetohydrodynamischen Modulen, welche jeweils eine Elektrodenvorrichtung mit zwei Elektroden und eine Magnetvorrichtung aufweisen, welche ein magnetisches Feld erzeugt. Mindestens zwei magnetohydrodynamische Module sind als Pumpmodule ausgeführt und elektrisch in Reihe geschaltet. In den Pumpmodulen leitet jeweils eine erste Elektrode der Elektrodenvorrichtung einen elektrischen Stromfluss mit einer vorgegebenen Stromdichte an mindestens einem Kanalabschnitt in das elektrisch und thermisch leitfähige Medium ein und eine zweite Elektrode der Elektrodenvorrichtung leitet den elektrischen Stromfluss an dem mindestens einen Kanalabschnitt aus dem elektrisch und thermisch leitfähigen Medium aus, so dass ein Zusammenwirken des in dem geschlossenen Kanalsystem geführten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums mit dem eingeleiteten elektrischen Stromfluss und mit dem erzeugten magnetischen Feld eine Lorenzkraft erzeugt, welche das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem mindestens einen Kanalabschnitt gezielt beschleunigt, und ein resultierender Druckaufbau einen gewünschten Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums durch den mindestens einen Kanal des geschlossenen Kanalsystems bewirkt. Hierbei bewirkt der Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums eine Temperierung des mindestens einen zu temperierenden Objekts. Das elektrisch und thermisch leitfähige Medium überträgt während eines Heizvorgangs Wärme an das mindestens eine zu temperierende Objekt oder nimmt während eines Kühlvorgangs Wärme von dem mindestens einen zu temperierenden Objekt auf.
Aus der US 2014/0293542 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Abwärme bei hohem Fluss von elektronischen, photonischen und anderen Komponenten bekannt. Dazu gehören analoge elektronische Festkörperkomponenten, digitale elektronische Festkörperkomponenten, Halbleiterlaserdioden, Leuchtdioden für Festkörperbeleuchtung, Festkörperlaserkomponenten, Laserkristalle, elektronische Vakuumkomponenten und Photovoltaikzellen. Die Vorrichtung ist eine in sich geschlossene Einheit, die ein flüssiges Metallkühlmittel mit geschlossenem Strömungskreislauf umfasst, das von einer integrierten magnetohydrodynamischen (MHD) Pumpe gepumpt wird. Der Kühlmittelstrom aus flüssigem Metall ist so angeordnet, dass er auf ein dünnes Element auftrifft, auf dem eine Wärmelast angebracht ist. Die auftreffende Strömung des Flüssigmetall-Kühlmittels bietet einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, der sich in einem vergleichsweise niedrigen Wärmewiderstand zwischen der Wärmelast und dem flüssigen Metallkühlmittel niederschlägt. Als Ergebnis kann die Vorrichtung Wärme von der Wärmelast bei sehr hohem Fluss entfernen. Aus der Wärmelast gewonnene Abwärme kann mit reduziertem Fluss in ein fließendes Sekundärkühlmittel, ein Wärmerohr, eine Struktur oder eine Strahlungsplatte übertragen werden. Die Temperatur der Wärmelast kann durch Variieren des MHD-Pumpenantriebsstroms variiert werden.
Aus der EP 3 766 726 A1 ist ein flüssigkeitsgekühltes Ladesystem für ein Fahrzeug bekannt, welches so konfiguriert ist, dass es während des Ladens eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs erzeugte Wärme abführt. Das flüssigkeitsgekühlte Ladesystem beinhaltet eine Ladebaugruppe mit einer Schnittstellenbaugruppe, die konfiguriert ist, einen Ladestecker einer Ladestation zu tragen, und eine Energieübertragungsbaugruppe, die konfiguriert ist, die Ladestation während des Ladevorgangs elektrisch an die Batterie des Fahrzeugs zu koppeln. Komponenten der Ladeanordnung und der Energieübertragungsanordnung definieren auch einen Fluidkreislauf. Ein Kühlmittelsystem des flüssigkeitsgekühlten Ladesystems ist fluidisch mit dem Fluidkreislauf verbunden, wodurch Kühlmittel durch den Fluidkreislauf strömen kann, um während des Ladens des Fahrzeugs Wärme von den Komponenten der Ladeanordnung abzuleiten.
Offenbarung der Erfindung
Die Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die erzeugte Wärme direkt an der Steckverbindung abgeleitet wird. Dadurch können thermische Hotspots verhindert werden. Gleichzeitig kann die Temperatur ohne zusätzlichen Sensor in einer Steckvorrichtung oder in einer Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung gemessen werden. Durch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Temperieranordnung erfolgt der Wärmeabtrag nicht nur durch Wärmeleitung in der Steckvorrichtung oder in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung, sondern durch eine Konvektion eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in der Steckvorrichtung oder in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung. Die Wärmeabfuhr kann dadurch direkt am Ort der Entstehung erfolgen.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Temperieranordnung nutzen das magnetohydrodynamische Prinzip mit mindestens einer magnetohydrodynamischen Pumpe zur Kühlung der Steckvorrichtung oder der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung. In vorteilhafter Weise kann der durch die elektrische Steckverbindung fließende Laststrom für das magnetohydrodynamische Prinzip verwendet werden und die Energie für den konvektiven Wärmeabtrag bereitstellen. Eine externe Versorgung ist dennoch optional möglich, um beispielsweise die elektrische Steckverbindung nach Abschalten im laststromlosen Zustand kühlen zu können. Geringere thermische Widerstände von der Wärmequelle zur Wärmesenke ermöglichen geringere Leitungsquerschnitte und damit weniger Gewicht und Baugrößen, wodurch eine bessere Handlichkeit gegeben ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung zur Verfügung, welche zwischen einer Steckvorrichtung und einer Aufnahmevorrichtung hergestellt ist und einen elektrischen Laststrom trägt. Die Temperieranordnung umfasst mindestens ein geschlossenes Kanalsystem, welches mindestens einen Kanal zur Führung eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums umfasst und thermisch mit der Steckvorrichtung der elektrischen Steckverbindung oder mit der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung gekoppelt ist, und mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe, welche ausgeführt ist, das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in mindestens einem vorgegebenen Kanalabschnitt gezielt zu beschleunigen, so dass ein resultierender Druckaufbau einen gewünschten Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen geschlossenen Kanalsystems bewirkt, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung die Steckvorrichtung oder die Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung temperiert.
Zudem wird eine elektrische Steckverbindung für einen elektrischen Laststrom, mit einer Steckvorrichtung und einer Aufnahmevorrichtung und mindestens einer solchen Temperieranordnung vorgeschlagen, welche zur Temperierung der elektrischen Steckverbindung ausgeführt ist.
Unter einem elektrisch und thermisch leitfähigen Medium wird nachfolgend ein Medium mit einer elektrischen Leitfähigkeit verstanden, welcher größer als 1 S/m (Siemens pro Meter) ist. Vorzugsweise hat das elektrisch und thermisch leitfähige Medium eine deutlich größere elektrische Leitfähigkeit (100 bis 1000 S/m). Als elektrisch und thermisch leitfähiges Medium kann beispielsweise eine elektrisch und thermisch leitfähige Flüssigkeit, ein elektrisch und thermisch leitfähiges Gas, eine ionische Flüssigkeit, mindestens ein Elektrolyt, mindestens ein Plasma, mindestens ein Flüssigmetall, wie beispielsweise Gallium, Lithium, Natrium oder Quecksilber, und/oder mindestens eine Flüssigmetalllegierung, wie beispielsweise eine Natrium-Kalium-Legierung, verwendet werden. Vorzugsweise kann eine ungiftige flüssige Metalllegierung aus Gallium, Indium und Zinn als elektrisch und thermisch leitfähiges Medium verwendet werden. Diese ist bei Atmosphärendruck bereits ab einer Temperatur von -20°C flüssig und kann einfach von einer tieferen Temperatur auf eine Temperatur von -20°C oder höher aufgeheizt werden. Die hier beschriebenen Beispiele für das elektrisch und thermisch leitfähige Medium sind jedoch nicht abschließend zu werten.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung und der im unabhängigen Patentanspruch 13 angegebenen elektrischen Steckverbindung für einen elektrischen Laststrom möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein erstes geschlossenes Kanalsystem und eine erste magnetohydrodynamische Pumpe in der Steckvorrichtung der elektrischen Steckverbindung angeordnet sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein zweites geschlossenes Kanalsystem und eine zweite magnetohydrodynamische Pumpe in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung angeordnet sein. Das bedeutet, dass entweder in der Steckvorrichtung oder in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung ein geschlossenes Kanalsystem und eine magnetohydrodynamische Pumpe angeordnet sein kann. Alternativ kann sowohl in der Steckvorrichtung als auch in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung jeweils ein geschlossenes Kanalsystem und eine magnetohydrodynamische Pumpe angeordnet sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann die mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe mindestens zwei als Pumpmodule ausgeführte magnetohydrodynamische Module mit mindestens einer Magnetvorrichtung umfassen. Die mindestens zwei als Pumpmodule ausgeführte magnetohydrodynamische Module können fluidisch in Reihe geschaltet und/oder fluidisch parallelgeschaltet sein. Das bedeutet, dass zwei magnetohydrodynamische Module hintereinander in einem Kanalabschnitt des geschlossenen Kanalsystems angeordnet und fluidisch in Reihe geschaltet sein können. Alternativ können die zwei magnetohydrodynamischen Module jeweils in einem Kanalabschnitt des geschlossenen Kanalsystems angeordnet sein, welche parallel zueinander verlaufen. Hierbei können die beiden magnetohydrodynamischen Module fluidisch in Reihe oder fluidisch parallelgeschaltet sein. Des Weiteren können in zwei parallel angeordneten Kanalabschnitten des geschlossenen Kanalsystems jeweils zwei hintereinander angeordnete und fluidisch in Reihe geschaltete magnetohydrodynamische Module angeordnet sein. Der Einsatz von mehreren Pumpmodulen in der magnetohydrodynamischen Pumpe ermöglicht eine kleinere bauliche Ausführung der einzelnen Pumpmodule. Durch diese kompakte Bauform der einzelnen Pumpmodule und durch den Einsatz von mehreren Pumpmodulen kann der vorhandene Bauraum variabel und besser genutzt werden, als bei der Verwendung von nur einem großen Pumpmodul. Des Weiteren ergibt sich durch Nichtvorhandensein mechanisch bewegter Teile ein geringer mechanischer Verschleiß und ein gutes Geräuschverhalten der magnetohydrodynamischen Pumpe.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann die mindestens eine Magnetvorrichtung im Bereich des mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitts des mindestens einen geschlossenen Kanalsystems ein senkrecht zum elektrischen Laststrom durch die elektrische Steckverbindung ausgerichtetes Magnetfeld erzeugen, so dass ein Zusammenwirken des in dem geschlossenen Kanalsystem geführten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums mit dem elektrischen Laststrom und mit dem erzeugten Magnetfeld eine Lorenzkraft erzeugen kann, welche das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitt gezielt beschleunigen kann. Dies ermöglicht eine gezielte und gleichmäßige Kühlung der Komponenten der elektrischen Steckverbindung.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann das mindestens eine geschlossene Kanalsystem thermisch mit mindestens einer Wärmesenke gekoppelt sein. Vorzugsweise kann die mindestens eine Wärmesenke als Kühlkanal in der Steckvorrichtung der elektrischen Steckverbindung und/oder in der Aufnahmevorrichtung der elektrischen Steckverbindung angeordnet sein. Hierbei kann während eines Kühlvorgangs der Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem geschlossenen Kanalsystem Wärme, welche in der als erste Wärmequelle wirkenden elektrischen Steckverbindung entsteht, durch die konvektive Wärmeübertragung von der elektrischen Steckverbindung an die mindestens eine Wärmesenke übertragen und eine Kühlung der Komponenten der elektrischen Steckverbindung bewirken.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann eine separate Stromquelle ausgeführt sein, während eines Heizvorgangs bei abgeschaltetem Laststrom einen elektrischen Strom im Bereich des mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitts in das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem geschlossenen Kanalsystem einzuleiten und das elektrisch und thermisch leitfähige Medium aufzuwärmen und einen Volumenstrom des erwärmten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem geschlossenen Kanalsystem zu bewirken, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung Wärme an die als Wärmesenke wirkende elektrischen Steckverbindung überträgt und ein Aufheizen der Komponenten der elektrischen Steckverbindung bewirkt. Dadurch ist bei Bedarf, beispielsweise bei einer eingeeisten Steckvorrichtung, auch eine gezielte und/oder gleichmäßige Erwärmung der einzelnen Komponenten der elektrischen Steckverbindung möglich. Durch die Erwärmung kann die Steckvorrichtung von Eis und/oder von Wasserbeschlag befreit werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul als Sensormodul ausgeführt sein, bei welchem Elektroden an dem mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitt ein durch den Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in Zusammenwirkung mit dem erzeugten Magnetfeld der Magnetvorrichtung resultierendes Messsignal abgreifen, aus welcher Strömungsgeschwindigkeit und/oder eine Temperatur des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums ermittelt werden können. Sind bereits Elektroden zum Einspeisen von Strom einer externen Stromquelle vorhanden, dann können diese Elektroden auch zum Abgreifen des Messsignals verwendet werden. Bei dem Messsignal kann es sich beispielsweise um eine Messspannung oder um einen Messstrom handeln.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul umschaltbar ausgeführt sein und in einer ersten Betriebsart als Pumpmodul und in einer zweiten Betriebsart als Sensormodul betreibbar sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Temperieranordnung kann die mindestens eine Magnetvorrichtung mindestens einen Permanentmagneten oder mindestes eine elektrische Spulenvorrichtung umfassen. Die mindestens eine elektrische Spulenvorrichtung kann vorzugsweise verwendet werden, wenn der Laststrom ein Wechselstrom ist. Permanentmagnete können bei Wechselstrom nicht eingesetzt werden da es ansonsten zu einer oszillierenden Bewegung des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums kommen kann. Hier kann durch einen Elektromagneten mit gleicher Frequenz und Phase die gleichbleibende Lorentzkraft erzeugt werden. Hohe Ladeleistungen an Ladesäulen werden in der Regel mit Gleichstrom übertragen, so dass der Zusatzaufwand für einen Elektromagneten entfällt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der elektrischen Steckverbindung kann die Steckvorrichtung in ein Ladekabel und die Aufnahmevorrichtung in eine Ladestation integriert sein. Alternativ kann die Steckvorrichtung in die Ladestation und die Aufnahmevorrichtung in das Ladekabel integriert sein.
Demnach führt die Erfindung auch zu einem Ladekabel (7), insbesondere zum Stromladen für ein elektrisch angetriebenes Verkehrs- oder Transportmittel, beispielsweise einem Landfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Luftfahrzeug umfassend eine Steckvorrichtung oder eine Aufnahmevorrichtung, wobei das Ladekabel derart ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit einer zur Steckvorrichtung komplementär ausgebildeten Aufnahmevorrichtung, insbesondere als Teil einer Ladestation, bzw. in Wirkverbindung mit einer zur Aufnahmevorrichtung komplementär ausgebildeten Steckvorrichtung, insbesondere als Teil einer Ladestation, eine elektrische Steckverbindung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszubilden.
Schlussendlich führt die Erfindung auch zu einer Ladestation, zur Bereitstellung eines Ladestromes insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Verkehrs- oder Transportmittel, beispielsweise einem Landfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Luftfahrzeug, umfassend eine Steckvorrichtung oder eine Aufnahmevorrichtung, wobei die Ladestation derart ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit einer zur Steckvorrichtung komplementär ausgebildeten Aufnahmevorrichtung, insbesondere als Teil eines Ladekabels, bzw. in Wirkverbindung mit einer zur Aufnahmevorrichtung komplementär ausgebildeten Steckvorrichtung, insbesondere als Teil eines Ladekabels, eine elektrische Steckverbindung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszubilden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Steckvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung und eines Ausführungsbeispiels einer Aufnahmevorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranordnung für eine elektrische Steckverbindung für eine erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung für einen elektrischen Laststrom.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrische Steckverbindung mit der Steckvorrichtung und der Aufnahmevorrichtung aus 1.
3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie III - III in 1.
4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV - IV in 1.
5 und 6 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie V - V in 1.
7 und 8 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VI - VI in 1.
9 und 10 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII - VII in 1.

Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung 1 für einen elektrischen Laststrom eine Steckvorrichtung 1A und eine Aufnahmevorrichtung 1B und mindestens eine erfindungsgemäße Temperieranordnung 10, 10A, 10B, welche die elektrische Steckverbindung 1 temperiert.
Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist die Steckvorrichtung 1A im dargestellten Ausführungsbeispiel der elektrische Steckverbindung 1 in ein Ladekabel 7 integriert, mit welchem eine Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs mit mindestens einem Elektroantrieb aufgeladen werden kann. Die Aufnahmevorrichtung 1 B ist in eine Ladestation 9 integriert, welche die Energie zum Aufladen der Hochvoltbatterie zur Verfügung stellt. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der elektrischen Steckverbindung 1 ist die Steckvorrichtung 1A in die Ladestation 9 und die Aufnahmevorrichtung 1B in das Ladekabel 7 integriert. Selbstverständlich können Ausführungsformen der elektrischen Steckverbindung 1 mit mindestens einer erfindungsgemäßen Temperieranordnung 10, 10A, 10B auch für andere Anwendungen mit hohen Lastströmen eingesetzt werden.
Die elektrische Steckverbindung 1 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Temperieranordnungen 10, 10A, 10B. Hierbei ist eine erste Temperieranordnung 10A in der Steckvorrichtung 1A und eine zweite Temperieranordnung 10B ist in der Aufnahmevorrichtung 1B angeordnet. Bei alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der elektrischen Steckverbindung 1 wird nur eine Temperieranordnung 10 verwendet, die entweder in der Steckvorrichtung 1A oder in der Aufnahmevorrichtung 1B angeordnet ist.
Wie aus 1 bis 10 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Temperieranordnung 10, 10A, 10B für eine elektrische Steckverbindung 1, welche zwischen einer Steckvorrichtung 1A und einer Aufnahmevorrichtung 1B hergestellt ist und einen elektrischen Laststrom IL trägt, jeweils mindestens ein geschlossenes Kanalsystem 12, 12A, 12B, welches mindestens einen Kanal zur Führung eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums umfasst und thermisch mit der Steckvorrichtung 1A der elektrischen Steckverbindung 1 oder mit der Aufnahmevorrichtung 1B der elektrischen Steckverbindung 1 gekoppelt ist, und mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe 13, 13A, 13B, welche ausgeführt ist, das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in mindestens einem vorgegebenen Kanalabschnitt 12.1, 12.1A, 12.1B gezielt zu beschleunigen, so dass ein resultierender Druckaufbau einen gewünschten Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen geschlossenen Kanalsystems 12, 12A, 12B bewirkt, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung die Steckvorrichtung 1A oder die Aufnahmevorrichtung 1B der elektrischen Steckverbindung 1 temperiert.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst die mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe 13, 13A, 13B mindestens zwei als Pumpmodule 14A, 14B, 15A, 15B ausgeführte magnetohydrodynamische Module 14, 15 mit mindestens einer Magnetvorrichtung 16, 16A, 16B. Die mindestens zwei als Pumpmodule 14A, 14B, 15A, 15B ausgeführten magnetohydrodynamischen Module 14, 15 sind fluidisch in Reihe geschaltet. Zudem ist das mindestens eine geschlossene Kanalsystem 12, 12A, 12B thermisch mit mindestens einer Wärmesenke 19, 19A, 19B gekoppelt. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der Temperieranordnung 10, 10A, 10B ist die mindestens eine Wärmesenke 19, 19A, 19B als Kühlkanal 19.1 ausgeführt. Hierbei ist eine erste Wärmesenke 19A in der Steckvorrichtung 1A der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet, und eine zweite Wärmesenke 19B ist in der Aufnahmevorrichtung 1B der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet.
Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, sind ein erstes geschlossenes Kanalsystem 12A und eine erste magnetohydrodynamische Pumpe 13A der ersten Temperieranordnung 10A in der Steckvorrichtung 1A der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet. Hierbei ist ein erstes Pumpmodul 14A im Bereich eines vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A angeordnet und ein zweites Pumpmodul 14B ist im Bereich eines vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B angeordnet. Der erste Kanalabschnitt 12.1A ist ausgangseitig mit einem Eingang eines dritten Kanalabschnitts 12.2 fluidisch verbunden, welcher mit seinem Ausgang mit einem Eingang des vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden ist. Der vorgegebene zweite Kanalabschnitt 12.1B ist ausgangsseitig mit einem vierten Kanalabschnitt 12.3 fluidisch verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang des vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden ist. Eine erste Magnetvorrichtung 16A der in der Steckvorrichtung 1A angeordneten ersten Temperieranordnung 10A umfasst zwei Permanentmagnete 17, 17A, 17B. Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, ist ein erster Permanentmagnet 17A der ersten Magnetvorrichtung 16A als radial magnetisierter Ringmagnet ausgeführt und auf einen zylindrischen Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A aufgeschoben. Ein zweiter Permanentmagnet 17B der ersten Magnetvorrichtung 16A ist ebenfalls als radial magnetisierter Ringmagnet ausgeführt und im Zentrum des zylindrischen Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A angeordnet.
Wie insbesondere aus 2 und 3 weiter ersichtlich ist, erzeugt die erste Magnetvorrichtung 16A im Bereich des vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A und im Bereich des vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B des ersten geschlossenen Kanalsystems 12A ein senkrecht zum elektrischen Laststrom IL durch die elektrische Steckverbindung 1 ausgerichtetes Magnetfeld B, so dass ein Zusammenwirken des in dem ersten geschlossenen Kanalsystem 12A geführten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums mit dem elektrischen Laststrom IL und mit dem erzeugten Magnetfeld B eine Lorenzkraft erzeugt, welche das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem vorgegebenen ersten Kanalabschnitt 12.1A und in dem vorgegebenen zweiten Kanalabschnitt 12.1B gezielt beschleunigt. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wirkt die erzeugte Lorenzkraft F im ersten Kanalabschnitt 12.1A und im zweiten Kanalabschnitt 12.1B im Uhrzeigersinn, so dass das erste Pumpmodul 14A das elektrisch und thermisch leitfähige Medium ausgehend vom ersten Kanalabschnitt 12.1A in den dritten Kanalabschnitt 12.2 bewegt. Das zweite Pumpmodul 14B saugt das elektrisch und thermisch leitfähige Medium aus dem dritten Kanalabschnitt 12.2 in den zweiten Kanalabschnitt 12.1 B und pumpt es vom zweiten Kanalabschnitt 12.1B in den vierten Kanalabschnitt 12.3, aus welchem das erste Pumpmodul 14A das elektrisch und thermisch leitfähige Medium ansaugt und in den ersten Kanalabschnitt 12.1A pumpt.
Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist das erste geschlossene Kanalsystem 12A im Bereich des dritten Kanalabschnitt 12.2 thermisch mit einem als Wärmequelle wirkenden Stecker 3 der Steckvorrichtung 1A thermisch gekoppelt. Im Bereich des vierten Kanalabschnitts 12.3 ist das erste geschlossene Kanalsystem 12A thermisch mit der als Kühlkanal 19.1 ausgeführten ersten Wärmesenke 19A gekoppelt, welche in der Steckvorrichtung 1A der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet ist. Während eines Kühlvorgangs überträgt der Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem ersten geschlossenen Kanalsystem 12A Wärme, welche in der als Wärmequelle 18 wirkende elektrische Steckverbindung 1 entsteht, durch die konvektive Wärmeübertragung von der elektrischen Steckverbindung 1 an die erste Wärmesenke 19A und bewirkt eine Kühlung des Steckers 3 der Steckvorrichtung 1A und damit eine Kühlung der elektrischen Steckverbindung 1.
Wie aus 1, 2 und 4 weiter ersichtlich ist, sind ein zweites geschlossenes Kanalsystem 12B und eine zweite magnetohydrodynamische Pumpe 13B der zweiten Temperieranordnung 10B in der Aufnahmevorrichtung 1B der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet. Hierbei ist ein erstes Pumpmodul 15A im Bereich eines vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A angeordnet und ein zweites Pumpmodul 15B ist im Bereich eines vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B angeordnet. Der erste Kanalabschnitt 12.1A ist ausgangseitig mit einem Eingang eines dritten Kanalabschnitts 12.2 fluidisch verbunden, welcher mit seinem Ausgang mit einem Eingang des vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden ist. Der vorgegebene zweite Kanalabschnitt 12.1B ist ausgangsseitig mit einem vierten Kanalabschnitt 12.3 fluidisch verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang des vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden ist. Eine zweite Magnetvorrichtung 16B der in der Aufnahmevorrichtung 1B angeordneten zweiten Temperieranordnung 10B umfasst analog zur ersten Magnetvorrichtung 16A zwei Permanentmagnete 17, 17A, 17B. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist ein erster Permanentmagnet 17A der zweiten Magnetvorrichtung 16B als radial magnetisierter Ringmagnet ausgeführt und auf einen zylindrischen Grundkörper 6 der Aufnahmevorrichtung 1B aufgeschoben. Ein zweiter Permanentmagnet 17B der zweiten Magnetvorrichtung 16B ist ebenfalls als radial magnetisierter Ringmagnet ausgeführt und im Zentrum des zylindrischen Grundkörper 6 der Aufnahmevorrichtung 1B angeordnet.
Analog zur in der Steckvorrichtung 1A angeordneten ersten Temperieranordnung 10A erzeugt die zweite Magnetvorrichtung 16B der in der Aufnahmevorrichtung 1B angeordneten zweiten Temperieranordnung 10B im Bereich des vorgegebenen ersten Kanalabschnitts 12.1A und im Bereich des vorgegebenen zweiten Kanalabschnitts 12.1B des zweiten geschlossenen Kanalsystems 12B ein senkrecht zum elektrischen Laststrom IL durch die elektrische Steckverbindung 1 ausgerichtetes Magnetfeld B, so dass ein Zusammenwirken des in dem zweiten geschlossenen Kanalsystem 12B geführten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums mit dem elektrischen Laststrom IL und mit dem erzeugten Magnetfeld B eine Lorenzkraft F erzeugt, welche das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem vorgegebenen ersten Kanalabschnitt 12.1A und in dem vorgegebenen zweiten Kanalabschnitt 12.1B gezielt beschleunigt. Analog zur ersten Temperiervorrichtung 10A wirkt die erzeugte Lorenzkraft F im ersten Kanalabschnitt 12.1A und im zweiten Kanalabschnitt 12.1B im Uhrzeigersinn, so dass das erste Pumpmodul 15A das elektrisch und thermisch leitfähige Medium ausgehend vom ersten Kanalabschnitt 12.1A in den dritten Kanalabschnitt 12.2 bewegt. Das zweite Pumpmodul 15B saugt das elektrisch und thermisch leitfähige Medium aus dem dritten Kanalabschnitt 12.2 in den zweiten Kanalabschnitt 12.1B und pumpt es vom zweiten Kanalabschnitt 12.1B in den vierten Kanalabschnitt 12.3, aus welchem das erste Pumpmodul 15A das elektrisch und thermisch leitfähige Medium ansaugt und in den ersten Kanalabschnitt 12.1A pumpt.
Wie aus 1, 2 und 4 weiter ersichtlich ist, ist das zweite geschlossene Kanalsystem 12B im Bereich des dritten Kanalabschnitt 12.2 thermisch mit einer als Wärmequelle wirkenden Buchse 5 der Aufnahmevorrichtung 1B thermisch gekoppelt. Im Bereich des vierten Kanalabschnitts 12.3 ist das zweite geschlossene Kanalsystem 12B thermisch mit der als Kühlkanal 19.1 ausgeführten zweiten Wärmesenke 19B gekoppelt, welche in der Aufnahmevorrichtung 1B der elektrischen Steckverbindung 1 angeordnet ist. Während eines Kühlvorgangs überträgt der Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem zweiten geschlossenen Kanalsystem 12B Wärme, welche in der als Wärmequelle 18 wirkende elektrische Steckverbindung 1 entsteht, durch die konvektive Wärmeübertragung von der elektrischen Steckverbindung 1 an die zweite Wärmesenke 19B und bewirkt eine Kühlung der Buchse 4 der Aufnahmevorrichtung 1B und damit eine Kühlung der elektrischen Steckverbindung 1.
Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, ist der dritte Kanalabschnitt 12.2 in den Stecker 3 der Steckvorrichtung 1A integriert und weist in einem ersten Ausführungsbeispiel eine in der Darstellung oberen Teilkanal, welcher den Eingang des dritten Kanalabschnitts 12.2 aufweist und mit dem Ausgang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden ist, und einen in der Darstellung unteren Teilkanal auf, welcher den Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2 aufweist und mit dem Eingang des zweiten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden ist. Die Querschnitte der beiden Teilkanäle entsprechen jeweils einem Kreisringausschnitt. Im Endbereich des Steckers 3 sind die beiden Teilkanäle des dritten Kanalabschnitts 12.2 fluidisch miteinander verbunden. Daher fließt das elektrisch und thermisch leitfähige Medium im oberen Teilkanal vom Eingang des dritten Kanalabschnitts 12.2 bis zum Endbereich des Steckers 3 der Steckvorrichtung 1A von dort durch den unteren Teilkanal zum Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2.
Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, ist der dritte Kanalabschnitt 12.2 in den Stecker 3 der Steckvorrichtung 1A integriert und in einem zweiten Ausführungsbeispiel als hohler Mantel eines geschlitzten Hohlzylinders ausgeführt, welcher im Querschnitt die Form eines Kreisringausschnitts aufweist. Hierbei ist der Eingang des dritten Kanalabschnitts 12.2 an einer dem ersten Kanalabschnitt 12.1A zugewandten Stirnseite des hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem ersten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Ausgang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden. Der Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2 ist an der gleichen Stirnseite des hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem zweiten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Eingang des zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden.
Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, ist der dritte Kanalabschnitt 12.2 in die Buchse 4 der Aufnahmevorrichtung 1B integriert und in einem ersten Ausführungsbeispiel als hohler Mantel eines Hohlzylinders ausgeführt, dessen Querschnitt die Form eines Kreisrings aufweist. Hierbei ist der Eingang des dritten Kanalabschnitts 12.2 an einer dem ersten Kanalabschnitt 12.1A zugewandten Stirnseite des hohlen Mantels des Hohlzylinders an einem in der Darstellung oberen Bereich des Kreisrings angeordnet und mit dem Ausgang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden. Der Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2 ist an der gleichen Stirnseite des hohlen Mantels des Hohlzylinders an einem in der Darstellung unteren Bereich des Kreisrings angeordnet und mit dem Eingang des zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden.
Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, ist der dritte Kanalabschnitt 12.2 in die Buchse 4 der Aufnahmevorrichtung 1B integriert und in einem zweiten Ausführungsbeispiel als hohler Mantel eines geschlitzte Hohlzylinders ausgeführt, welcher im Querschnitt die Form eines Kreisringausschnitts aufweist. Hierbei ist der Eingang des dritten Kanalabschnitts 12.2 an einer dem ersten Kanalabschnitt 12.1A zugewandten Stirnseite des hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem ersten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Ausgang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden. Der Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2 ist an der gleichen Stirnseite des Hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem zweiten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Eingang des zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden.
Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist der vierte Kanalabschnitt 12.3 in den Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A integriert und in einem ersten Ausführungsbeispiel als hohler Mantel eines Hohlzylinders ausgeführt, dessen Querschnitt die Form eines Kreisrings aufweist. Hierbei ist der Eingang des vierten Kanalabschnitts 12.3 an einer dem ersten Kanalabschnitt 12.1A zugewandten Stirnseite des hohlen Mantels des Hohlzylinders an einem in der Darstellung unteren Bereich des Kreisrings angeordnet und mit dem Ausgang des zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden. Der Ausgang des dritten Kanalabschnitts 12.2 ist an der gleichen Stirnseite des hohlen Mantels des Hohlzylinders an einem in der Darstellung oberen Bereich des Kreisrings angeordnet und mit dem Eingang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden. Im Inneren des Hohlzylinders verläuft ein erster Kühlkanal 19.1A der ersten Wärmesenke 19A.
Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, ist der vierte Kanalabschnitt 12.3 in den Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A integriert und in einem zweiten Ausführungsbeispiel als hohler Mantel eines geschlitzte Hohlzylinders ausgeführt, welcher im Querschnitt die Form eines Kreisringausschnitts aufweist. Hierbei ist der Eingang des vierten Kanalabschnitts 12.3 an einer dem zweiten Kanalabschnitt 12.1B zugewandten Stirnseite des hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem ersten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Ausgang des zweiten Kanalabschnitts 12.1B fluidisch verbunden. Der Ausgang des vierten Kanalabschnitts 12.3 ist an der gleichen Stirnseite des Hohlen Mantels des geschlitzten Hohlzylinders an einem zweiten Endbereich des Kreisringausschnitts angeordnet und mit dem Eingang des ersten Kanalabschnitts 12.1A fluidisch verbunden. Im Inneren des geschlitzten Hohlzylinders verläuft der erste Kühlkanal 19.1A der ersten Wärmesenke 19A.
Ausführungsbeispiele des in den Grundkörper 6 der Aufnahmevorrichtung 1B integrierten vierten Kanalabschnitts 12.3 entsprechen den unter Bezugnahme in 9 und 10 beschriebenen Ausführungsbeispielen des in den Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A integrierten vierten Kanalabschnitts 12.3. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel des in den Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A integrierten vierten Kanalabschnitts 12.3 verläuft im Inneren des Hohlzylinders des vierten Kanalabschnitts 12.2 ein zweiter Kühlkanal 19.1B der zweiten Wärmesenke 19B. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel des in den Grundkörper 6 der Steckvorrichtung 1A integrierten vierten Kanalabschnitts 12.3 verläuft im Inneren des geschlitzten Hohlzylinders des vierten Kanalabschnitts 12.2 ein zweiter Kühlkanal 19.1B der zweiten Wärmesenke 19B.
Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Temperieranordnung 10 ist eine separate Stromquelle ausgeführt, während eines Heizvorgangs bei abgeschaltetem Laststrom IL einen elektrischen Strom im Bereich des mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitts 12.1, 12.1A, 12.1B in das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem geschlossenen Kanalsystem 12 einzuleiten und das elektrisch und thermisch leitfähige Medium aufzuwärmen und einen Volumenstrom des erwärmten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem geschlossenen Kanalsystem 12 zu bewirken, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung Wärme an die als Wärmesenke 19 wirkende elektrischen Steckverbindung 1 überträgt und ein Aufheizen der Komponenten der elektrischen Steckverbindung 1 bewirkt. Dadurch kann entweder der Stecker 3 der Steckvorrichtung 1A oder die Buchse 4 der Aufnahmevorrichtung aufgeheizt werden. Alternativ können der Stecker 3 der Steckvorrichtung 1A und die Buchse 4 der Aufnahmevorrichtung aufgeheizt werden.
Bei einem weiteren alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Temperieranordnung 10 ist mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul 14 als Sensormodul ausgeführt, bei welchem Elektroden an dem mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitt 12.1, 12.1A, 12.1B ein durch den Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in Zusammenwirkung mit dem erzeugten Magnetfeld B der Magnetvorrichtung 16 resultierendes Messsignal abgreifen, aus welcher Strömungsgeschwindigkeit und/oder eine Temperatur des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums ermittelbar sind. Hierbei ist mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul 14 umschaltbar ausgeführt und in einer ersten Betriebsart als Pumpmodul 14A, 14B, 15A, 15B und in einer zweiten Betriebsart als Sensormodul betreibbar.
Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Temperieranordnung 10 weist die mindestens eine Magnetvorrichtung 16 keine Permanentmagnete 17, sondern mindestens eine elektrische Spulenvorrichtung auf, welche als Elektromagnet eingesetzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102021210606 [0003]
US 2014/0293542 A1 [0004]
EP 3766726 A1 [0005]

Claims

Temperieranordnung (10) für eine elektrische Steckverbindung (1), welche zwischen einer Steckvorrichtung (1A) und einer Aufnahmevorrichtung (1B) hergestellt ist und einen elektrischen Laststrom (IL) trägt, mit mindestens einem geschlossenen Kanalsystem (12), welches mindestens einen Kanal zur Führung eines elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums umfasst und thermisch mit der Steckvorrichtung (1A) der elektrischen Steckverbindung (1) oder mit der Aufnahmevorrichtung (1B) der elektrischen Steckverbindung (1) gekoppelt ist, und mit mindestens einer magnetohydrodynamischen Pumpe (13), welche ausgeführt ist, das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in mindestens einem vorgegebenen Kanalabschnitt (12.1) gezielt zu beschleunigen, so dass ein resultierender Druckaufbau einen gewünschten Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen geschlossenen Kanalsystems (12) bewirkt, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung die Steckvorrichtung (1A) oder die Aufnahmevorrichtung (1B) der elektrischen Steckverbindung (1) temperiert.
Temperieranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes geschlossenes Kanalsystem (12A) und eine erste magnetohydrodynamische Pumpe (13A) in der Steckvorrichtung (1A) der elektrischen Steckverbindung (1) angeordnet sind.
Temperieranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites geschlossenes Kanalsystem (12B) und eine zweite magnetohydrodynamische Pumpe (13B) in der Aufnahmevorrichtung (1 B) der elektrischen Steckverbindung (1) angeordnet sind.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine magnetohydrodynamische Pumpe (13) mindestens zwei als Pumpmodule (14A, 14B) ausgeführte magnetohydrodynamische Module (14) mit mindestens einer Magnetvorrichtung (16) umfasst, wobei die mindestens zwei als Pumpmodule (14A, 14B) ausgeführten magnetohydrodynamischen Module (14) fluidisch in Reihe und/oder fluidisch parallelgeschaltet sind.
Temperieranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetvorrichtung (16) im Bereich des mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitts (12.1) des mindestens einen Kanalsystems (12) ein senkrecht zum elektrischen Laststrom (IL) durch die elektrische Steckverbindung (1) ausgerichtetes Magnetfeld (B) erzeugt, so dass ein Zusammenwirken des in dem geschlossenen Kanalsystem (12) geführten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums mit dem elektrischen Laststrom (IL) und mit dem erzeugten Magnetfeld (B) eine Lorenzkraft (F) erzeugt, welche das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitt (12.1) gezielt beschleunigt.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine geschlossene Kanalsystem (12) thermisch mit mindestens einer Wärmesenke (19) gekoppelt ist.
Temperieranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wärmesenke (19) als Kühlkanal (19.1) in der Steckvorrichtung (1A) der elektrischen Steckverbindung (1) und/oder in der Aufnahmevorrichtung (1B) der elektrischen Steckverbindung (1) angeordnet ist.
Temperieranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Kühlvorgangs der Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem geschlossenen Kanalsystem (12) Wärme, welche in der als erste Wärmequelle (18) wirkenden elektrischen Steckverbindung (1) entsteht, durch die konvektive Wärmeübertragung von der elektrischen Steckverbindung (1) an die mindestens eine Wärmesenke (19) überträgt und eine Kühlung der Komponenten der elektrischen Steckverbindung (1) bewirkt.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Stromquelle ausgeführt ist, während eines Heizvorgangs bei abgeschaltetem Laststrom (IL) einen elektrischen Strom im Bereich des mindestens einen vorgegebenen Kanalabschnitts (12.1) in das elektrisch und thermisch leitfähige Medium in dem geschlossenen Kanalsystem (12) einzuleiten und das elektrisch und thermisch leitfähige Medium aufzuwärmen und einen Volumenstrom des erwärmten elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in dem geschlossenen Kanalsystem (12) zu bewirken, welcher durch eine konvektive Wärmeübertragung Wärme an die als Wärmesenke (19) wirkende elektrischen Steckverbindung (1) überträgt und ein Aufheizen der Komponenten der elektrischen Steckverbindung (1) bewirkt.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul (14) als Sensormodul ausgeführt ist, bei welchem Elektroden an dem mindestens einen ersten vorgegebenen Kanalabschnitt (12.1) ein durch den Volumenstrom des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums in Zusammenwirkung mit dem erzeugten Magnetfeld (B) der Magnetvorrichtung (16) resultierendes Messsignal abgreifen, aus welcher Strömungsgeschwindigkeit und/oder eine Temperatur des elektrisch und thermisch leitfähigen Mediums ermittelbar sind.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein magnetohydrodynamisches Modul (14) umschaltbar ausgeführt ist und in einer ersten Betriebsart als Pumpmodul (14A, 14B) und in einer zweiten Betriebsart als Sensormodul betreibbar ist.
Temperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetvorrichtung (16) mindestens einen Permanentmagneten (17) oder mindestes eine elektrische Spulenvorrichtung umfasst.
Elektrische Steckverbindung (1) für einen elektrischen Laststrom (IL), mit einer Steckvorrichtung (1A) und einer Aufnahmevorrichtung (1B) und mindestens einer Temperieranordnung (1), welche zur Temperierung der elektrischen Steckverbindung (1) nach einem Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt ist.
Elektrische Steckverbindung (1) nach Anspruche 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckvorrichtung (1A) in ein Ladekabel (7) und die Aufnahmevorrichtung (1 B) in eine Ladestation (9) integriert ist.
Elektrische Steckverbindung (1) nach Anspruche 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckvorrichtung (1A) in eine Ladestation (9) und die Aufnahmevorrichtung (1B) in ein Ladekabel (7) integriert ist.
Ladekabel (7), umfassend eine Steckvorrichtung (1A) oder eine Aufnahmevorrichtung (1B), wobei das Ladekabel (7) derart ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit einer zur Steckvorrichtung (1A) komplementär ausgebildeten Aufnahmevorrichtung (1B), insbesondere als Teil einer Ladestation (9), bzw. in Wirkverbindung mit einer zur Aufnahmevorrichtung (1B) komplementär ausgebildeten Steckvorrichtung (1A), insbesondere als Teil einer Ladestation (9), eine elektrische Steckverbindung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 auszubilden.
Ladestation (9), umfassend eine Steckvorrichtung (1A) oder eine Aufnahmevorrichtung (1B), wobei die Ladestation (9) derart ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit einer zur Steckvorrichtung (1A) komplementär ausgebildeten Aufnahmevorrichtung (1B), insbesondere als Teil eines Ladekabels (7), bzw. in Wirkverbindung mit einer zur Aufnahmevorrichtung (1B) komplementär ausgebildeten Steckvorrichtung (1A), insbesondere als Teil eines Ladekabels (7), eine elektrische Steckverbindung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 auszubilden.