EP-4738616-A1 - TEMPERATURE-CONTROLLABLE POWER LINE DEVICE, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A POWER LINE

Abstract

Beschrieben wird eine temperierbare Stromleitungsvorrichtung (1), aufweisend: ein rohrförmiges Fluid-Leitungselement (2), bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen; wenigstens zwei endständige Öffnungen (2a, 2a') des Fluid-Leitungselements (2), welche Öffnungen (2a, 2a') vorzugsweise an verschiedenen Enden des Fluid-Leitungselements (2) angeordnet sind; einen Freiraum (3) innerhalb des Fluid-Leitungselements (2), welcher Freiraum (3) eine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Öffnungen (2a, 2a') schafft; eine Litze (4) mit mehreren Litzendrähten, vorzugsweise aus Kupfer, die in dem Fluid-Leitungselement (2) geführt ist; und wenigstens ein rohrförmiges Anschlussteil (5) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen, das mit seinem einen Ende (5a) in eine der endständigen Öffnungen (2a, 2a') des Fluid-Leitungselements (2) eingesetzt und fluiddicht mit dem Fluid-Leitungselements (2) verbunden ist und das mit seinem anderen, freien Ende (5b) aus dem Fluid-Leitungselement (2) herausragt; wobei der Freiraum (3) sich zumindest in Bereichen längs des Fluid-Leitungselements (2) um die Litze (4) herum erstreckt und mit einem Inneren (5c) des Anschlussteils (5) in Fluidverbindung steht; und die Litze (4) oder die Litzendrähte in wenigstens einem Anschlussbereich (5d) mit dem Anschlussteil (5) elektrisch leitend verbunden ist.

Inventors

• KURZ, FABIAN
• Radkowitsch, Florian

Assignees

• Witzenmann GmbH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251022

Claims (15)

1. Temperierbare Stromleitungsvorrichtung (1), aufweisend: ein rohrförmiges Fluid-Leitungselement (2), bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen; wenigstens zwei endständige Öffnungen (2a, 2a') des Fluid-Leitungselements (2), welche Öffnungen (2a, 2a') vorzugsweise an verschiedenen Enden des Fluid-Leitungselements (2) angeordnet sind; einen Freiraum (3) innerhalb des Fluid-Leitungselements (2), welcher Freiraum (3) eine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Öffnungen (2a, 2a') schafft; eine Litze (4) mit mehreren Litzendrähten, vorzugsweise aus Kupfer, die in dem Fluid-Leitungselement (2) geführt ist; und wenigstens ein rohrförmiges Anschlussteil (5) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen, das mit seinem einen Ende (5a) in eine der endständigen Öffnungen (2a, 2a') des Fluid-Leitungselements (2) eingesetzt und fluiddicht mit dem Fluid-Leitungselements (2) verbunden ist und das mit seinem anderen, freien Ende (5b) aus dem Fluid-Leitungselement (2) herausragt; wobei der Freiraum (3) sich zumindest in Bereichen längs des Fluid-Leitungselements (2) um die Litze (4) herum erstreckt und mit einem Inneren (5c) des Anschlussteils (5) in Fluidverbindung steht; und die Litze (4) oder die Litzendrähte in wenigstens einem Anschlussbereich (5d) mit dem Anschlussteil (5) elektrisch leitend verbunden ist.
2. Stromleitungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Litze (4) oder die Litzendrähte in dem Anschlussbereich (5d) an das Anschlussteil (5) angelegt ist bzw. sind, vorzugsweise angepresst oder stoffschlüssig angebunden, oder umgekehrt.
3. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der das Anschlussteil (5) an seinem in das Fluid-Leitungselement (2) eingesetzten einen Ende (5a) eine sich über zumindest einen Teilumfang erstreckende, stirnseitig öffnende Ausnehmung (5f) aufweist, in der die Litze (4) mit ihrem einen Ende angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Teilumfang etwa dem halben Umfang des Anschlussteils (5) entspricht und höchst vorzugsweise die Litze (4) oder die Litzendrähte über den Teilumfang aufgefächert sind.
4. Stromleitungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der das Anschlussteil (5) einen geraden, vorzugsweise zentralen, Leitungskanal (5g) aufweist und die Litze (4) in Verlängerung des Leitungskanals (5g) und, vorzugsweise im Anschluss an die Auffächerung, axial von diesem beabstandet angeordnet ist.
5. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der ein Leitungskanal (5g) des Anschlussteils (5) an dessen in das das Fluid-Leitungselement (2) eingesetztem Ende (5a) seitlich in Richtung einer Wandung des Fluid-Leitungselements (2) abknickt, wobei das Anschlussteil (5) einen inneren Vorsprung (5h) aufweist, der sich etwa zentral innerhalb des Fluid-Leitungselements (2) axial über den Leitungskanal (5g) hinaus erstreckt, wobei vorzugsweise der Vorsprung (5h) radial von der Wandung des Fluid-Leitungselements (2) beabstandet ist.
6. Stromleitungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der der Vorsprung (5h) eine ebene Oberseite (5i) aufweist, an der die Litze (4) oder die Litzendrähte befestigt ist/sind.
7. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der zwischen dem Fluid-Leitungselement (2) und der Litze (4) wenigstens ein Abstandhalter (18) angeordnet ist, vorzugsweise ein ringförmiger Abstandhalter (18) mit umfänglich beabstandeten Vorsprüngen (18a).
8. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Litzendrähte in wenigstens einem Abschnitt miteinander verbunden sind, vorzugsweise stoffschlüssig, sodass die Litze (4) in dem Abschnitt einen verringerten Querschnitt aufweist, und bei der das Fluid-Leitungselement (2) in dem genannten Abschnitt an mehreren, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Positionen (P1-P3), vorzugsweise mindestens drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Positionen (P1-P3), gegen die Litze (4) verpresst ist, wobei höchst vorzugsweise Fluid-Leitungselement (2) und Litze (4) bei den genannten Positionen (P1-P3) zusätzlich stoffschlüssig verbunden sind.
9. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Litzendrähte (4a) an wenigstens einem ringförmigen Halteelement (20) gehalten sind, das bei einer axialen Position (AP) in das Fluid-Leitungselement (2) eingesetzt ist und sich an mehreren Stellen (S1-S3) von innen an dem Fluid-Leitungselement (2) abstützt, welches Halteelement (20) einen zentralen Durchbruch (20b) zur Fluiddurchleitung und vorzugsweise an seiner Außenseite eine Mehrzahl von Aufnahmen (20c) für einzelne Litzendrähte (4a) aufweist.
10. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der in dem Fluid-Leitungselement (2) in einem Bereich ein elastisches Element (21) eingesetzt ist, welches Element (21) lokal eine Kraft (F) nach außen gegen eine Innenseite des Fluid-Leitungselements (2) ausübt und die Litzendrähte an der Innenseite in Anlage bringt, wobei vorzugsweise das elastische Element (21) aus einer Formgedächtnislegierung besteht oder als Geflechthülse aus Federstahl ausgebildet ist, höchst vorzugsweise nach Art eines Stents.
11. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Fluid-Leitungselement (2) zumindest abschnittweise, bevorzugt in einem Abschnitt zwischen den beiden Öffnungen (2a, 2a'), von einer elektromagnetisch wirksamen Abschirmung oder EMV-Abschirmung (10) umgeben ist, welche Abschirmung (10) vorzugsweise umfasst: eine erste elektrische Isolierumhüllung (10a), die außen auf dem Fluid-Leitungselement (2) angeordnet ist; eine EMV-Abschirmschicht (10b), insbesondere aus einem Metallgeflecht; und eine zweite elektrische Isolierumhüllung (10c), die außen auf der EMV-Abschirmschicht (10b) angeordnet ist.
12. Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Fluid-Leitungselement (2) zumindest abschnittweise eine thermisch und/oder elektrisch isolierende Außenisolierung (10c) aufweist, die vorzugsweise durch Extrusion von außen auf das Fluid-Leitungselement (2) aufgebracht ist, und/oder das Fluid-Leitungselement (2) zumindest abschnittweise eine thermisch und/oder elektrisch isolierende Innenisolierung (10a) aufweist, die vorzugsweise durch Extrusion von innen auf das Fluid-Leitungselement (2) aufgebracht und die höchst vorzugsweise fluiddicht ausgebildet ist.
13. Verfahren zur bevorzugt endlosen Herstellung einer temperierbaren Stromleitungsvorrichtung (1), beinhaltend: a) Herstellen eines rohrförmigen Fluid-Leitungselements (2) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen, insbesondere indem zunächst durch Biegen oder Walzen von Blech ein Hohlkörper hergestellt wird, der dann an den Stößen verschweißt wird, vorzugsweise nach erfolgtem Einbringen einer Litze (4) mit mehreren Litzendrähten, vorzugsweise aus Kupfer, deren Länge der gewünschten Länge in Schritt e) entspricht, in das Fluid-Leitungselement (2); b) optional Ausbilden wenigstens eines gewellten Abschnitts des Fluid-Leitungselements (2), insbesondere durch Druckeinwirkung von au-ßen oder von innen; c) optional Reinigen des Fluid-Leitungselements (2); d) optional Anbringen einer EMV-Abschirmung (10b), insbesondere mit den Merkmalen in Anspruch 11, und/oder einer Außenisolierung (10c) mit den Merkmalen in Anspruch 12 und/oder einer Innenisolierung (10a) mit den Merkmalen in Anspruch 12; e) Ablängen des Fluid-Leitungselements (2) einschließlich der optionalen EMV-Abschirmung (10b), Innenisolierung (10a) und Außenisolierung (10c) auf eine gewünschte Länge; f) optionales zusätzliches Einkürzen der optionalen EMV-Abschirmung (10b), Innenisolierung (10a) und Außenisolierung (10c); g) Einsetzen wenigstens eines rohrförmigen Anschlussteils (5) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen, mit seinem einen Ende (5a) in eine der endständigen Öffnungen (2a, 2a') des Fluid-Leitungselements (2) und fluiddichtes Verbinden des rohrförmigen Anschlussteils (5) mit dem Fluid-Leitungselements (2), sodass das Anschlussteil (5) mit seinem anderen, freien Ende (5b) aus dem Fluid-Leitungselement (2) herausragt, und h) elektrisch leitfähiges Verbinden der Litze (4) oder der Litzendrähte in wenigstens einem Anschlussbereich (5d) mit dem Anschlussteil (5), verzugsweise durch Anpressen oder stoffschlüssiges Fügen, wobei vorzugsweise das Einbringen der Litze (4) durch Einlegen der Litze (4) in das Fluid-Leitungselement (2) bei dessen Herstellung in Schritt a) und gemeinsames Ablängen in Schritt e) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Litzendrähte (4a), insbesondere vor dem Einbringen in das Fluid-Leitungselement (2) in wenigstens einem Abschnitt miteinander verbunden werden, vorzugsweise stoffschlüssig, sodass die Litze (4) in dem Abschnitt einen verringerten Querschnitt aufweist, und bei der das Fluid-Leitungselement (2) nach dem Einbringen der Litze (4) in dem genannten Abschnitt an mehreren, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Positionen (P1-P3), vorzugsweise an mindestens drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Positionen (P1-P3), gegen die Litze (4) verpresst wird, wobei höchst vorzugsweise Fluid-Leitungselement (2) und Litze (4) bei den genannten Positionen (P1-P3) zusätzlich stoffschlüssig verbunden werden.
15. Verfahren zum Temperieren einer Stromleitung, beinhaltend: a) Bereitstellen einer Stromleitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; b) elektrisches Kontaktieren der Stromleitungsvorrichtung (1) über das Anschlussteil (5); c) Leiten eines Temperierfluids, insbesondere Luft oder Öl, durch das Fluid-Leitungselement (2) durch das Anschlussteil (5); wobei vorzugsweise das Temperierfluid in Form von Luft oder einem anderen Gas unmittelbar durch das Anschlussteil (5) in das Fluid-Leitungselement (2) eingeleitet oder aus dem Fluid-Leitungselement (2) ausgeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft mit dem Anspruch 1 eine temperierbare Stromleitungsvorrichtung. Die temperierbare Stromleitungsvorrichtung umfasst ein rohrförmiges Fluid-Leitungselement, das bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt ist, insbesondere aus Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen. Sie umfasst weiterhin wenigstens zwei endständige Öffnungen des Fluid-Leitungselements, die vorzugsweise an verschiedenen Enden des Fluid-Leitungselements angeordnet sind. Und sie umfasst einen Freiraum innerhalb des Fluid-Leitungselements, der eine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Öffnungen schafft. Eine ähnliche Stromleitungsvorrichtung ist in der parallelen Patentanmeldung DE102023113116.8 beschrieben, auf die vorliegend vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Erfindung betrifft mit den Ansprüchen 13 bzw. 15 auch ein Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Stromleitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Temperieren einer Stromleitung. Elektromobilität wird heute oft als Maßnahme gegen den fortschreitenden Klimawandel gesehen. Zur Akzeptanzsteigerung von Elektrofahrzeugen ist es dabei erforderlich, die erforderlichen Ladezeiten zu verringern und die Reichweiten zu vergrößern. Hersteller wie Phoenix Contact bieten deshalb Gleichstrom (DC)-Schnelllade-Systeme an, die mit einer Ladeleistung von bis zu 350 kW einen Akku in zirka fünf Minuten für eine Reichweite von 100 km aufladen können. Höhere Ladeströme bedingen jedoch eine höhere Erwärmung und damit eine thermische Belastung des eingesetzten Materials. Um diese zu reduzieren, könnte eine Erhöhung der Leiterquerschnitte in Erwägung gezogen werden, was allerdings Nachteile bei der Handhabbarkeit durch geringe Flexibilität und das höhere Gewicht des Ladekabels mit sich brächte. Aus diesem Grund werden bei vorbekannten Systemen die DC-Ladestecker mit einem Medium gekühlt. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die erreichbare Kühlleistung bei solchen Systemen weiter zu verbessern. Aus der WO 2021/259638 A1 sind rohrartige Verbinder zwischen Anschlüssen von Batteriezellen bekannt, die aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen, um die Batteriezellen elektrisch zu kontaktieren, und die zugleich als Fluid-Leitungselemente für ein Temperierfluid dienen, um die Batteriezellen zu temperieren. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die erreichbare Stromleitung bei solchen Systemen weiter zu verbessern. Außerdem bietet z.B. die Paul Druseidt Elektrotechnische Spezialfabrik GmbH & Co. KG wassergekühlte Hohlleiterkabel an, die in komplexer Weise aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten hergestellt sind. Insbesondere bei der Konfektionierung ist dabei eine hohe Anzahl an Konfektionierungsschritten erforderlich. Zudem sind die verwendeten Teile größtenteils nur zerspanend herstellbar und damit nicht kostengünstig in größeren Stückzahlen für eine Massenproduktion verfügbar. Der Erfindung liegt deshalb weiterhin die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von temperierbaren Stromleitungsvorrichtungen zu vereinfachen und dadurch kostengünstiger sowie massentauglich zu machen. In diesem Zusammenhang sollen vorteilhafte Alternativen zu den in der genannten Patentanmeldung DE102023113116.8 beschriebenen Ausgestaltungen angegeben werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine temperierbare Stromleitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Stromleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 und durch ein Verfahren zum Temperieren einer Stromleitung gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert. Eine erfindungsgemäße temperierbare Stromleitungsvorrichtung weist auf: ein rohrförmiges Fluid-Leitungselement, bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen; wenigstens zwei endständige Öffnungen des Fluid-Leitungselements, welche Öffnungen vorzugsweise an verschiedenen Enden des Fluid-Leitungselements angeordnet sind; einen Freiraum innerhalb des Fluid-Leitungselements, welcher Freiraum eine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Öffnungen schafft; eine Litze mit mehreren Litzendrähten, vorzugsweise aus Kupfer, die in dem Fluid-Leitungselement geführt ist; und wenigstens ein rohrförmiges Anschlussteil aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium einschließlich entsprechender Legierungen, das mit seinem einen Ende in eine der endständigen Öffnungen des Fluid-Leitungselements eingesetzt und fluiddicht mit dem Fluid-Leitungselements verbunden ist und das mit seinem anderen, freien Ende aus dem Fluid-Leitungselement herausragt. Der Freiraum erstreckt sich dabei zumindest in Bereichen längs des Fluid-Leitungselements um die Litze herum und steht mit einem Inneren des Anschlussteils in Fluidverbindung. Die Li