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Die Erfindung betrifft eine elektrischen Schnittstelle zwischen einem ersten elektrischen Leiter und einem zweiten elektrischen Leiter, welche durch eine Gehäusewand einer Kraftfahrzeugs-Antriebseinheit voneinander getrennt sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugs-Antriebseinheit mit zumindest einer derartigen elektrischen Schnittstelle.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2014 100 361 A1 beschreibt ein Getriebe für ein Fahrzeug, welches ein Gehäuse mit zwei Hohlräumen aufweist. In einem der Hohlräume ist ein Motor/Generator angeordnet. Im anderen Hohlraum ist ein Leistungsstromrichtermodul angeordnet. Die beiden Hohlräume sind durch eine Plattform voneinander getrennt, welche mehrere Öffnungen aufweist. Durch die Öffnungen sind elektrische Verbinder geführt, welche in Hülsen angeordnet sind. Zur Abdichtung des Spalts zwischen Öffnungen und Hülsen ist ein Dichtungsring vorgesehen. Zur Abdichtung des Spalts zwischen Verbinder und Hülsen ist ein weiterer Dichtungsring vorgesehen. Die Hülsen werden über eine Kappe in Position gehalten.
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Die Patentanmeldung
US 2016/0039276 A1 beschreibt eine Fahrzeugantriebseinheit mit einer elektrischen Maschine, welche elektrisch mit einem Umrichter verbunden ist. Die elektrische Verbindung führt durch eine Gehäuseöffnung hindurch. Dazu ist ein Halteelement mit einem Fußabschnitt vorgesehen. Zwischen dem Fußabschnitt und der Gehäuseöffnung ist eine Flachdichtung angeordnet. Das Halteelement nimmt ein Anschlusselement auf, welches einen Bestandteil der elektrischen Verbindung zwischen elektrischer Maschine und Umrichter darstellt. Zwischen dem Halteelement und dem Anschlusselement ist ein Dichtring vorgesehen.
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Die elektrischen Anschlüsse gemäß dem Stand der Technik bestehen aus einer großen Zahl an Einzelteilen, und sind daher aufwändig zu montieren. Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine elektrischer Schnittstelle zwischen zwei von einer Gehäusewand getrennten Leitern bereitzustellen, welche sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektrische Schnittstelle zwischen einem ersten elektrischen Leiter und einem zweiten elektrisch Leiter vorgeschlagen, welche durch eine Gehäusewand einer Kraftfahrzeugs-Antriebseinheit voneinander getrennt sind. Die elektrische Schnittstelle weist einen Strombolzen auf, welcher durch eine in der Gehäusewand angeordnete Öffnung hindurchreicht. Der erste und zweite Leiter sind am Strombolzen mechanisch derart befestigt, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem Strombolzen, und zwischen dem Strombolzen und dem zweiten Leiter besteht.
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Erfindungsgemäß weist die elektrische Schnittstelle eine elastisch und elektrisch isolierende Dichtungshülse auf. Die Dichtungshülse ist in der Öffnung der Gehäusewand angeordnet und umschließt den Strombolzen zumindest abschnittsweise. Durch die unmittelbare Aufnahme des Strombolzens in der Dichtungshülse kann der Montageaufwand deutlich reduziert werden. Zudem wird auch die erforderliche Teilezahl reduziert.
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Vorzugsweise bildet die Dichtungshülse das einzige Dichtelement der elektrischen Schnittstelle. In anderen Worten ist neben der Dichtungshülse kein weiteres Dichtelement vorgesehen, welches zur Abdichtung der Öffnung in der Gehäusewand dient.
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Vorzugsweise besteht zwischen der Gehäuseöffnung und dem Strombolzen ein Luftspalt, beispielsweise ein ringförmiger Luftspalt. Der Luftspalt verhindert eine Kurzschlussbildung zwischen dem Strombolzen und der gegebenenfalls elektrisch leitfähigen Gehäusewand.
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Vorzugsweise ist der Strombolzen in der Gehäuseöffnung allein durch die Dichtungshülse geführt. In anderen Worten ist abgesehen von der Dichtungshülse keine sonstige Führungseinrichtung wie beispielsweise eine zweite Hülse vorgesehen. Einrichtungen zur Positionierung des ersten oder zweiten Leiters sind davon explizit ausgenommen.
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Vorzugsweise weist die Dichtungshülse an einem axialen Ende eine Dichtlippe auf. Die Dichtlippe wirkt mit einer Umfangsfläche des Strombolzens zur Abdichtung zusammen. Die Dichtlippe verbessert die Dichtwirkung der Dichtungshülse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtungshülse einen radial hervorstehenden Abschnitt auf. Der Abschnitt liegt auf einer Fläche der Gehäusewand auf. Durch den radial hervorstehenden Abschnitt kann die Dichtwirkung der Dichtungshülse verbessert werden.
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Vorzugsweise ist zumindest dem ersten oder dem zweiten Leiter ein elektrisch isolierendes Halteelement zugeordnet. Das Halteelement ist derart ausgebildet, dass es mit der Dichtungshülse zur Erhöhung der Dichtwirkung zusammenwirkt. Beispielsweise kann das Halteelement durch die Befestigung des ersten oder zweiten Leiters am Strombolzen auf die Dichtungshülse gepresst werden. Beispielsweise kann das Halteelement dazu auf den radial hervorstehenden Abschnitt der Dichtungshülse wirken. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es denkbar, dass der radial hervorstehende Abschnitt der Dichtungshülse zwischen der Gehäusewand und dem Halteelement eingeklemmt ist. Jeder dieser Merkmale kann die Dichtwirkung der Dichtungshülse verbessern.
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Alternativ dazu kann das Halteelement durch ein weiteres Element in Richtung der Dichtungshülsen gepresst sein, welches auf der gleichen Seite der Gehäusewand angeordnet ist wie der zweite Leiter. Beispielsweise kann ein Gehäuse oder ein Gehäusedeckel eines Wechselrichters derart ausgebildet sein, dass das Halteelement in Richtung der Dichtungshülse gepresst wird, insbesondere auf den radial hervorstehenden Abschnitt der Dichtungshülse. Auch dadurch kann die Dichtwirkung der Dichtungshülse verbessert werden.
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Vorzugsweise weist der Strombolzen je ein Außengewinde und ein Innengewinde auf. Das Außengewinde ist zur Befestigung des ersten Leiters, und das Innengewinde zur Befestigung des zweiten Leiters vorgesehen. Eine solche Ausgestaltung begünstigt eine platzsparende Konstruktion sowie einen Abschnitt des Strombolzens mit konstantem Außendurchmesser. Die zuvor erwähnte Dichtlippe kann auf diesem Abschnitt des Strombolzens aufliegen, wodurch die Dichtwirkung der Dichtungshülse verbessert werden kann.
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Die elektrische Schnittstelle kann insbesondere für eine Betriebsspannung zwischen 40 und 1000 Volt ausgelegt sein, besonders bevorzugt für eine Betriebsspannung zwischen 200 und 1000 Volt, sodass eine Niederspannungsanwendung im Bereich kleiner 12 Volt ausgeschlossen ist.
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Zumindest eine derartige elektrische Schnittstelle kann Bestandteil einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine sein. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit kann beispielsweise ein Getriebe mit integrierter elektrischer Maschine sein. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit kann ein Hybridmodul mit integrierter elektrische Maschine sein, wobei das Hybridmodul zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die elektrische Maschine ist zum Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Schnittstelle kann Bestandteil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einem Wechselrichter sein.
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Vorzugsweise ist der erste Leiter durch eine erste Stromschiene gebildet, welche mit einem Stator der elektrischen Maschine elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Leiter ist vorzugsweise durch eine zweite Stromschiene gebildet, welche mit dem Wechselrichter elektrisch leitend verbunden ist.
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Die elektrische Maschine und/oder der erste Leiter kann in einem Nassraum der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit angeordnet sein, wobei die Gehäusewand einen Abschnitt des Nassraums begrenzt. Die Dichtungshülse trägt daher zur Abdichtung des Nassraums bei.
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Vorzugsweise ist der Wechselrichter in die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit integriert, oder an diese angeschlossen. Der Wechselrichter und/oder der zweite Leiter kann dabei in einem Trockenraum der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit angeordnet sein. Die Dichtungshülse verhindert daher ein Eindringen von Fluid in den Trockenraum.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 und 2 je einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug;
- 3 und 4 je eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schnittstelle; sowie
- 5 eine Ansicht einer Dichtungshülse.
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1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM, ein Getriebe G und ein dazwischen angeordnetes Hybridmodul HYM auf. Das Hybridmodul HYM umfasst eine elektrische Maschine EM und eine Reibkupplung K0. Ein Rotor der elektrischen Maschine EM ist mit einer Eingangswelle des Getriebes G verbunden. Die Reibkupplung K0 dient zur schaltbaren Ankopplung des Verbrennungsmotors VM an das Getriebe G. Das Getriebe G umfasst beispielhaft mehrere Planetenradsätze und Schaltelemente. Durch selektives Betätigen der Schaltelemente sind mittels der Planetenradsätze mehrere Gangstufen zwischen der Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes G darstellbar. Die Ausgangswelle des Getriebes G ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, beispielsweise über eine Kardanwelle. Über das Differentialgetriebe AG wird die an der Ausgangswelle anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Der Antriebsstrang ist längs zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet.
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An das Hybridmodul HYM ist ein Wechselrichter LE angeschlossen. Der Wechselrichter LE ist dazu eingerichtet, Gleichspannung einer Batterie BAT in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung umzurichten. Der Wechselrichter LE ist über zwei Gleichspannungsanschlüsse mit der Batterie BAT, und über drei Wechselspannungsanschlüsse mit einem Stator der elektrischen Maschine EM verbunden.
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2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Antriebsstrang entspricht. Die elektrische Maschine EM sowie die Reibkupplung K0 sind nun in das Getriebe G integriert; das Hybridmodul entfällt dementsprechend. Der Wechselrichter LE ist entsprechend an das Getriebe G angeschlossen.
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Die in 1 und 2 dargestellten Antriebsstränge sind lediglich beispielhaft anzusehen. Statt der Planetenradsätze könnten Stirnradstufen oder ein Reibradgetriebe zur Gangbildung verwendet werden. Es könnte ein Drehmomentwandler als Anfahrelement verwendet werden, beispielsweise zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Eingangswelle des Getriebes G. Der Antriebsstrang könnte quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein.
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Jenes Element des Antriebstrangs, welches die elektrische Maschine EM aufweist, wird in der gegenständlichen Anmeldung als Kraftfahrzeug-Antriebseinheit bezeichnet. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit weist ein Gehäuse mit einer Gehäusewand GG auf. Die Gehäusewand GG trennt die elektrische Maschine EM vom Wechselrichter LE.
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Der Wechselrichter LE kann baulich in das Hybridmodul HYM oder in das Getriebe G integriert sein. Die elektrische Maschine EM und die Reibkupplung K0 sind beispielhaft in einem Nassraum NR angeordnet. Der gangbildende Abschnitt des Getriebes G kann Bestandteil des selben Nassraums NR sein oder einen eigenen Nassraum bilden. Der Wechselrichter LE hingegen ist üblicherweise in einem Trockenraum angeordnet, welcher von Verunreinigungen und Flüssigkeiten frei gehalten werden soll. Die elektrische Schnittstelle zwischen dem Wechselrichter LE im Trockenraum und dem Nassraum NR ist daher entsprechend abzudichten.
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3 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Schnittstelle LAS gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die elektrische Schnittstelle LAS ist Bestandteil der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Wechselrichter LE und dem Stator der elektrischen Maschine EM. In 3 sind der Wechselrichter LE und die elektrische Maschine EM nicht dargestellt. Stattdessen sind Abschnitte von ersten elektrischen Leitern SEM und von zweiten elektrischen Leitern SLE dargestellt. Die ersten Leiter SEM sind durch erste Stromschienen gebildet, welche zum Stator der elektrischen Maschine EM führen. Die zweiten Leiter SLE sind durch zweite Stromschienen gebildet, welche zum Wechselrichter LE führen. Die ersten Leiter SEM sind auf einer ersten Seite der Gehäusewand GG angeordnet. Die zweiten Leiter SLE sind auf einer zweiten Seite der Gehäusewand GG angeordnet. In der Gehäusewand GG sind drei Öffnungen GGA vorgesehen. Durch jede der Öffnungen GGA reicht ein Strombolzen SB hindurch, wobei ein radialer Spalt zwischen den Strombolzen SB und den Öffnungen GGA vorgesehen ist. Jeder der Strombolzen SB weist ein Außengewinde SBA und ein Innengewinde SBI auf. Eine Gewindemutter SEML klemmt jeweils einen der ersten Leiter SEM an den Strombolzen SB. Eine Schraube SLEB klemmt jeweils einen der zweiten Leiter SLE an den Strombolzen SB.
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Die elektrische Schnittstelle LAS weist elastische, elektrisch isolierende Dichtungshülsen DH auf, welche beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt sind. 5 zeigt eine der Dichtungshülsen DH in einer geschnittenen isometrischen Darstellung. Die Dichtungshülsen DH sind in den Öffnungen GGA der Gehäusewand GG angeordnet. Jede der Dichtungshülsen DH nimmt einen der Strombolzen SB auf. Abgesehen von den Dichtungshülsen DH ist kein weiteres Dichtelement zur Abdichtung der Öffnungen GGA vorgesehen. Die Strombolzen SB sind in den Öffnungen GGA allein durch die Dichtungshülsen DH geführt.
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Die Dichtungshülsen DH weisen einen zylindrischen Querschnitt auf. Jede der Dichtungshülsen DH weist an einem axialen Ende eine Dichtlippe DHL auf. Die Dichtlippe DHL ist zum ersten Leiter SEM, bzw. zum Außengewinde SBA des Strombolzens SB hin ausgerichtet. Die Dichtlippe DHL liegt auf einer Umfangsfläche des Strombolzens SB auf, sodass ein radialer Spalt zwischen einer Innenfläche der Dichtungshülse DH und der Umfangsfläche des Strombolzens SB abgedichtet ist. Am gegenüberliegenden axialen Ende weist die Dichtungshülse DH einen radial hervorstehenden Abschnitt DHF auf. Der Abschnitt DHF ist zwischen der Gehäusewand GG und einem Halteelement H eingeklemmt, sodass durch den Abschnitt DHF ein Spalt zwischen der Gehäusewand GG und dem Dichtungselement DH abgedichtet ist.
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Das Halteelement H dient zur Positionierung der zweiten Stromschienen SLE, und ist aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus Kunststoff. Das Halteelement H weist einen Hinterschnitt auf, welcher die zweiten Leiter SLE aufnimmt. Werden die zweiten Leiter SLE an den Strombolzen SB mittels der Schrauben SLEB befestigt, so wird das Halteelement H auf die Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH gepresst, sodass die Dichtwirkung der Dichtungshülsen DH entsprechend erhöht wird. In anderen Worten wird der Abschnitt DHF jeder der Dichtungshülsen DH zwischen dem Halteelement H und der Gehäusewand GG eingeklemmt.
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4 zeigt einen elektrische Schnittstelle LAS gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichem dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Halteelement H wird nun nicht mehr über die Schrauben SLEB und die zweiten Leiter SLE auf die Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH gepresst. Stattdessen wird an vier Stellen eine Kraft AF auf das Halteelement H ausgeübt, welche das Halteelement H auf die Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH presst. Die Kraft AF kann beispielsweise mittels eines in 4 nicht dargestellten Gehäuses oder eines Gehäusedeckels des Wechselrichters LE auf das Halteelement H aufgebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- VM
- Verbrennungsmotor
- HYM
- Hybridmodul
- K0
- Reibkupplung
- G
- Getriebe
- AG
- Differentialgetriebe
- DW
- Antriebsrad
- EM
- Elektrische Maschine
- LE
- Wechselrichter
- BAT
- Batterie
- LAS
- Elektrische Schnittstelle
- SEM
- Erster Leiter
- SEML
- Gewindemutter
- SLE
- Zweiter Leiter
- SLEB
- Schraube
- SB
- Strombolzen
- SBI
- Innengewinde
- SBA
- Außengewinde
- DH
- Dichtungshülse
- DHL
- Dichtlippe
- DHF
- Radial hervorstehender Abschnitt
- GG
- Gehäusewand
- GGA
- Öffnung
- H
- Halteelement
- AF
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014100361 A1 [0002]
- US 2016/0039276 A1 [0003]