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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Drahtendes einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Koppelvorrichtung.
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Ein wichtiges Ziel bei der Kraftfahrzeugentwicklung ist die Reduzierung eines Ressourcenaufwands sowie eines streckenbezogenen Energieverbrauchs. Zum Erreichen dieses Ziels im Rahmen einer vorgegebenen Antriebstechnologie ist beispielsweise eine Einsparung von Material, insbesondere unter Reduzierung von Bauraum, vorteilhaft. Ein reduzierter Bauraum erfordert kompakter ausgebildete Kraftfahrzeugmodule, wie beispielsweise Energiespeicher, Antriebsmaschinen oder dergleichen.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Antriebssystem führt dies oftmals zu kleineren Toleranzen bei spannungsführenden Bauteilen. Kleinere Toleranzen bei spannungsführenden Bauteilen haben, insbesondere bei Elektromaschinen und Leistungselektroniken den Nachteil, dass die Herstellung einer elektrischen Kopplung elektrischer Komponenten sehr aufwendig ist und eine große Herausforderung an Konstruktion, Fertigung und Montage stellen.
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Für die elektrische Kopplung einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs sind bereits unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Das Dokument
DE 10 2015 009 620 A1 offenbart eine Klemmvorrichtung mit zwei u-förmig ausgebildeten Klemmbereichen zur Aufnahme jeweils eines Drahtendes für eine Elektromaschine. In einem Crimpprozess sind die Drahtenden durch Umbiegen der Schenkel der Klemmbereiche an der Klemmvorrichtung fixierbar und somit elektrisch miteinander koppelbar. Aus dem Dokument
DE 2 219 764 A1 ist eine Verbindungsklemme zur Verbindung von zwei Anschlüssen für eine Elektromaschine bekannt. Die Verbindungsklemme weist zwei Klemmbereiche zum Klemmen von jeweils einem Drahtende auf, wobei ein Klemmbereich als Steckbereich zum Einstecken in eine Ausnehmung der Elektromaschine ausgebildet ist.
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Das Dokument
DE 40 37 753 A1 offenbart eine Elektromaschine mit einem an einer Stirnseite des Stators angeordneten Anschlussgehäuse. Das Anschlussgehäuse weist eine Klemmvorrichtung mit einer Schneide zur Aufnahme sowie zum Kürzen von Drahtenden der Statorwicklung auf. Ein weiteres Koppelelement ist aus dem Dokument
DE 10 2011 107 022 A1 bekannt. Das Koppelelement weist eine erste Durchführung mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Schraube sowie eine teilweise zur ersten Durchführung offene zweite Durchführung zur Aufnahme eines Leiters mit einer Isolierung auf. Der isolierte Leiter ist derart in der zweiten Durchführung anordenbar, dass die Isolierung durch Einschrauben der Schraube aufschneidbar und somit eine elektrische Kontaktierung zwischen der Schraube und dem Leiter herstellbar ist.
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Bekannte Koppelvorrichtungen zum elektrischen Koppeln von Statorwicklungen mit einer Stromschiene haben den Nachteil, dass eine Montage sowie eine Demontage häufig sehr aufwendig sind. Insbesondere für die Herstellung von Crimpverbindungen muss ausreichend Platz für ein Crimpwerkzeug bereitgestellt sein, wodurch eine Kompaktheit reduziert und somit der Bauraumbedarf erhöht ist. Mitunter weisen bekannte Koppelvorrichtung eine hohe statische Belastung bruchgefährdeter Bauteile bzw. eine niedrige dynamische Belastbarkeit flexibler Elemente auf, wodurch eine Lebensdauer der elektrischen Kopplung der Elektromaschine reduziert ist. Ein ausreichender Toleranzausgleich ist häufig nicht gewährleistbar, sodass das Risiko der Beschädigung einzelner Bauteile bei der Montage erhöht ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Statorwicklung mit einer Stromschiene zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Koppelvorrichtung, ein Verfahren zum elektrischen Koppeln einer Statorwicklung mit einer Stromschiene sowie ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Montierbarkeit und/oder einen reduzierten Bauraumbedarf und/oder eine erhöhte Bauteillebensdauer aufweisen.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Drahtendes einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem mit einer Elektromaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs gelöst. Die Koppelvorrichtung weist einen ersten Koppelabschnitt zum elektrischen sowie mechanischen Koppeln der Koppelvorrichtung mit der Stromschiene und einen zweiten Koppelabschnitt zum elektrischen sowie mechanischen Koppeln der Koppelvorrichtung mit einem Drahtende der Statorwicklung auf. Erfindungsgemäß weist der erste Koppelabschnitt eine Befestigungsschraube zum Befestigen der Koppelvorrichtung an der Stromschiene und der zweite Koppelabschnitt eine Klemmvorrichtung mit Klemmelementen zum Klemmen des Drahtendes auf, wobei die Befestigungsschraube zum Eingreifen in eine erste Ausnehmung des zweiten Koppelabschnitts ausgebildet ist, und wobei die Befestigungsschraube zum derartigen Zusammenspiel mit dem zweiten Koppelabschnitt ausgebildet ist, dass durch das Befestigen der Koppelvorrichtung an der Stromschiene mittels der Befestigungsschraube ein Zusammenbewegen der Klemmelemente zum Klemmen des Drahtendes bewirkbar ist.
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Die Koppelvorrichtung ist zum elektrischen sowie mechanischen Koppeln der Stromschiene mit der Statorwicklung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Koppelvorrichtung zu einem derartigen mechanischen Koppeln der Stromschiene mit der Statorwicklung ausgebildet, dass das Drahtende in einem Klemmzustand quer, vorzugsweise senkrecht, zur Stromschiene angeordnet ist.
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Zur elektrischen sowie mechanischen Kopplung mit der Stromschiene weist die Koppelvorrichtung den ersten Koppelabschnitt auf. Der erste Koppelabschnitt weist die Befestigungsschraube zum Befestigen der Koppelvorrichtung an der Stromschiene auf. Die Befestigungsschraube ist zum Durchführen durch eine Befestigungsdurchführung in der Stromschiene sowie zum Einführen in die erste Ausnehmung des zweiten Koppelabschnitts ausgebildet. Die erste Ausnehmung ist vorzugsweise als Bohrung ausgebildet. Der erste Koppelabschnitt weist vorzugsweise eine Stromschienenanlagefläche zum Anlegen an die Stromschiene auf. Durch Festziehen der Befestigungsschraube ist die Stromschienenanlagefläche gegen die Stromschiene drückbar und die Stromschiene somit an der Stromschienenanlagefläche festschraubbar.
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Zur elektrischen sowie mechanischen Kopplung mit der Statorwicklung weist die Koppelvorrichtung den zweiten Koppelabschnitt auf. Der zweite Koppelabschnitt weist einen Drahtaufnahmebereich zur Aufnahme eines Drahtendes der Statorwicklung auf. Vorzugsweise ist der Drahtaufnahmebereich zur Aufnahme mehrerer Drahtenden ausgebildet. Weiter bevorzugt weist der zweite Koppelabschnitt mehrere voneinander getrennte Drahtaufnahmebereiche auf. Der Drahtaufnahmebereich ist zum Einführen des Drahtendes in mindestens eine Richtung offen.
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Zum Klemmen des Drahtendes weist der zweite Koppelabschnitt die Klemmvorrichtung auf. Die Klemmvorrichtung weist vorzugsweise mindestens zwei Klemmelemente auf, welche aufeinander zu sowie voneinander weg bewegbar ausgebildet sind. Der Drahtaufnahmebereich ist zwischen den Klemmelementen ausgebildet. In einem Montagezustand sind die Klemmelemente derart voneinander beabstandet, dass das Drahtende in den Drahtaufnahmebereich einführbar ist. In einem Klemmzustand sind die Klemmelemente derart aufeinander zu bewegt, dass das in dem Drahtaufnahmebereich angeordnete Drahtende zwischen den Klemmelementen geklemmt ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Koppelvorrichtung einen oder mehrere Bereiche aufweist, welche sowohl Teil des ersten Koppelabschnitts als auch des zweiten Koppelabschnitts ausgebildet sind. Hierzu können beispielsweise sine Stromschienenanlagefläche und/oder die erste Ausnehmung zählen.
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Die Koppelvorrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass durch das Anziehen der Befestigungsschraube die Stromschiene an dem ersten Koppelabschnitt befestigbar ist. Zudem ist die Koppelvorrichtung erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass durch das Anziehen der Befestigungsschraube die Klemmelemente der Klemmvorrichtung in den Klemmzustand bringbar sind. Im Klemmzustand ist die Stromschiene mittels der Befestigungsschraube an dem ersten Koppelabschnitt der Koppelvorrichtung gehalten und das Drahtende in dem zweiten Koppelabschnitt der Koppelvorrichtung geklemmt.
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Eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Koppelvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine mechanische sowie elektrische Kopplung von Statorwicklung und Leistungselektronik herstellbar ist. Die Koppelvorrichtung ermöglicht einen Toleranzausgleich, ist leicht montierbar, weist einen kompakten Aufbau und somit einen geringen Platzbedarf auf und gewährleistet eine verschleißarme sowie zuverlässige elektrische und mechanische Kopplung der miteinander zu verbindenden Komponenten. Durch die von außen fixierbare Befestigungsschraube ist ein aufwendiges Eingreifen mit einem Werkzeug im Bereich der Drahtenden der Statorwicklung nicht mehr erforderlich.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Koppelvorrichtung vorgesehen sein, dass die Klemmvorrichtung ein erstes Keilelement mit einer Stromschienenanlagefläche zur Anlage an der Stromschiene und einer schräg zur Stromschienenanlagefläche angeordneten ersten Keilfläche sowie ein Gegendruckelement aufweist, wobei das Gegendruckelement ein zweites Keilelement mit einer zweiten Keilfläche zum Abgleiten auf der ersten Keilfläche aufweist, und wobei die erste Ausnehmung in dem Gegendruckelement ausgebildet ist. Vorzugsweise weisen die erste Keilfläche und/oder die zweite Keilfläche einen reduzierten Reibungskoeffizienten auf, beispielsweise durch eine Oberflächenbeschichtung, Polieren, Schleifen, Schmieren oder dergleichen. Auf diese Weise ist eines der Klemmelemente durch das erste Keilelement bereitgestellt. Ein weiteres der Klemmelemente kann beispielsweise durch das Gegendruckelement, ein zusätzliches Kopplungsgehäuse oder dergleichen bereitgestellt sein. Die Koppelvorrichtung ist in dieser bevorzugten Ausführungsform derart ausgebildet, dass ein Anziehen der Befestigungsschraube eine Bewegung des zweiten Keilelements des Gegendruckelements in Richtung des ersten Keilelements bewirkt. Hierdurch wird die Stromschienenanlagefläche gegen die Stromschiene gedrückt. Ein weiteres Anziehen der Befestigungsschraube bewirkt ein weiteres Bewegen des zweiten Keilelements in Richtung der Stromschiene sowie ein gleichzeitiges Abgleiten des ersten Keilelements an dem zweiten Keilelement über die erste Keilfläche und die zweite Keilfläche. Hierdurch bewegt sich das erste Keilelement quer zur Bewegungsrichtung des zweiten Keilelements, sodass das Drahtende mittels des ersten Keilelements geklemmt wird. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein gleichzeitiges Befestigen der Stromschiene und Klemmen des Drahtendes an der Koppelvorrichtung durch Anziehen der Befestigungsschraube bewirkbar ist.
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Es ist erfindungsgemäß weiter bevorzugt, dass die erste Ausnehmung als Sackloch mit einem Innengewinde und/oder als Durchgangsloch ausgebildet ist. Das Innengewinde entspricht dem Außengewinde der Befestigungsschraube, sodass die Befestigungsschraube in das Innengewinde einschraubbar und somit die Stromschiene an der Koppelvorrichtung befestigbar sowie das Gegendruckelement zur Stromschiene bewegbar und somit das Drahtende in der Klemmvorrichtung klemmbar ist. Das Durchgangsloch weist einen größeren Durchmesser als die Befestigungsschraube auf, sodass ein Endabschnitt der Befestigungsschraube durch das Durchgangsloch durchführbar und mit einer außerhalb des Durchgangslochs anordenbaren Mutter oder dergleichen in Eingriff bringbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Befestigungsschraube mit dem zweiten Koppelabschnitt in Eingriff bringbar ist.
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Weiter bevorzugt ist die erste Ausnehmung in dem zweiten Keilelement und eine zweite Ausnehmung in dem ersten Keilelement ausgebildet, wobei die zweite Ausnehmung als Langloch ausgebildet ist, und wobei die zweite Ausnehmung als Durchgangsloch ausgebildet ist und/oder einen größeren Durchmesser als die Befestigungsschraube aufweist. Bei der Montage ist somit zunächst das Drahtende in die Klemmvorrichtung der Koppelvorrichtung einführbar und die Stromschiene an der Koppelvorrichtung anordenbar. Die Befestigungsschraube ist durch die Befestigungsdurchführung in der Stromschiene und durch die zweite Ausnehmung durchführbar sowie in die erste Ausnehmung einführbar. Durch die Ausbildung als Langloch ermöglicht die zweite Ausnehmung eine Verschiebung des ersten Keilelements quer zur Längserstreckung der Befestigungsschraube zum Klemmen des Drahtendes. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Koppelvorrichtung bereitgestellt ist, mittels welcher eine leichte Montage von Statorwicklung und Leistungselektronik gewährleistet ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Koppelvorrichtung vorgesehen sein, dass die erste Ausnehmung in einem vom zweiten Keilelement verschiedenen Klemmblock des Gegendruckelements ausgebildet ist. Im Klemmzustand ist das zweite Keilelement somit vorzugsweise neben der Befestigungsschraube angeordnet. Durch Anziehen der Befestigungsschraube ist der Klemmblock in Richtung der Stromschiene bewegbar. Das zweite Keilelement ist vorzugsweise monolithisch mit dem Klemmblock ausgebildet und mit diesem in Richtung der Stromschiene mitbewegbar. Das erste Keilelement ist über das Zusammenspiel der ersten Keilfläche und der zweiten Keilfläche des zweiten Keilelements vorzugsweise in Richtung der Befestigungsschraube bewegbar. Das Drahtende ist somit vorzugsweise zwischen dem ersten Keilelement und dem Klemmblock klemmbar. Demnach sind die Klemmelemente in dieser bevorzugten Ausführungsform durch das erste Keilelement und das Gegendruckelement bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage der Koppelvorrichtung verbessert ist.
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Vorzugsweise weist die Klemmvorrichtung ein drittes Keilelement mit einer dritten Keilfläche und das Gegendruckelement ein viertes Keilelement mit einer vierten Keilfläche zum Abgleiten auf der dritten Keilfläche auf, wobei die vierte Keilfläche zumindest teilweise um eine Spiegelebene spiegelsymmetrisch zur zweiten Keilfläche ausgebildet ist, und wobei in dem Gegendruckelement zwischen dem zweiten Keilelement und dem vierten Keilelement eine Durchführung zum Durchführen des Drahtendes ausgebildet ist. Die erste Keilfläche ist demnach vorzugsweise zumindest teilweise um eine Spiegelebene spiegelsymmetrisch zur dritten Keilfläche ausgebildet. Somit sind die Klemmelemente gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform durch das erste Keilelement und das dritte Keilelement gebildet. Das erste Keilelement und das dritte Keilelement sind vorzugsweise zwischen dem zweiten Keilelement und dem vierten Keilelement angeordnet. Das zweite Keilelement ist somit vorzugsweise monolithisch mit dem vierten Keilelement und weiter bevorzugt mit einem zwischen dem zweiten Keilelement und dem vierten Keilelement angeordneten Klemmblock der Gegendruckvorrichtung monolithisch ausgebildet. Die erste Ausnehmung ist vorzugsweise in dem zweiten Keilelement oder einem Bereich des Gegendruckelements zwischen dem zweiten Keilelement und dem vierten Keilelement, insbesondere in einem Klemmblock des Gegendruckelements, ausgebildet. Ein Klemmblock ist vorzugsweise als eines der Klemmelemente ausgebildet. Erfindungsgemäß können auch mehrere Befestigungsschrauben und somit erste Ausnehmungen vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage der Klemmvorrichtung weiter verbessert ist. Zudem ist eine verbesserte Klemmung mehrerer Drahtenden auf diese Weise realisierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Klemmvorrichtung ein Klemmgehäuse zum Verspannen des Drahtendes zwischen dem ersten Keilelement und einer Gehäusewandung des Klemmgehäuses auf. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind das erste Keilelement und die Gehäusewandung als Klemmelemente ausgebildet. Somit ist das Drahtende durch Anziehen der Klemmschraube zwischen dem ersten Keilelement und der Gehäusewandung klemmbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage der Klemmvorrichtung weiter verbessert ist. Zudem weist eine derartige Koppelvorrichtung eine besonders kompakte Bauweise auf. Durch das Klemmgehäuse sind die Komponenten der Koppelvorrichtung, wie beispielsweise der zweite Koppelabschnitt, vor äußeren Einflüssen besser geschützt.
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Besonders bevorzugt weist das Klemmgehäuse eine Rückhaltevorrichtung zum formschlüssigen Halten des ersten Keilelements und des zweiten Keilelements innerhalb des Klemmgehäuses auf. Die Rückhaltevorrichtung ist vorzugsweise als Boden mit einer Durchführung zum Durchführen des Drahtendes ausgebildet. Alternativ kann die Rückhaltevorrichtung einen oder mehrere Halteabsätze aufweisen, welche eine Bewegung des zweiten Keilelements in eine von der Stromschiene wegweisende Richtung formschlüssig begrenzen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise bei entfernter Befestigungsschraube ein Herausfallen des zweiten Keilelements aus dem Klemmgehäuse verhindert ist. Hierdurch ist die Montage der Koppelvorrichtung verbessert, da die Koppelvorrichtung bei der Montage auf das Drahtende aufsetzbar ist, ohne dass das zweite Keilelement manuell im Klemmgehäuse gehalten werden muss.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Drahtendes einer Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stromschiene einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Aufsetzen einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung auf ein Drahtende der Statorwicklung derart, dass das Drahtende zwischen zwei Klemmelementen der Klemmvorrichtung des zweiten Koppelabschnitts angeordnet ist,
- - Zusammenführen von der Stromschiene der Leistungselektronik und der Koppelvorrichtung derart, dass eine Befestigungsdurchführung der Stromschiene mit der ersten Ausnehmung in einer Flucht angeordnet ist,
- - Durchführen der Befestigungsschraube durch die Befestigungsdurchführung und Einführen der Befestigungsschraube in die erste Ausnehmung, und
- - Anziehen der Befestigungsschraube zum Befestigen der Stromschiene an der Koppelvorrichtung derart, dass das Drahtende hierdurch in der Klemmvorrichtung geklemmt wird.
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Zunächst wird die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung auf das Drahtende der Statorwicklung gesetzt. Die Klemmvorrichtung ist hierbei in einem Montagezustand angeordnet, in welchem die Klemmelemente der Klemmvorrichtung einen derartigen Abstand zueinander aufweisen, dass das Drahtende zwischen die Klemmelemente einführbar ist. Die Koppelvorrichtung ist vorzugsweise in diesem Zustand entlang dem Drahtende in zwei entgegengesetzte Richtungen an dem Drahtende linear verschiebbar geführt.
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In einem nächsten Schritt werden die Stromschiene und das Drahtende in einer Montageposition relativ zueinander angeordnet. In der Montageposition ist die Befestigungsdurchführung der Stromschiene mit der ersten Ausnehmung der Koppelvorrichtung in einer Flucht angeordnet. Ein etwaiger Abstand zwischen der Koppelvorrichtung und der Stromschiene ist durch lineares Verschieben der Koppelvorrichtung entlang dem Drahtende derart reduzierbar, dass die Koppelvorrichtung, vorzugsweise eine Stromschienenanlagefläche der Koppelvorrichtung, an der Stromschiene anliegt. Vorzugsweise zeigt das Drahtende in der Montageposition in Richtung der Stromschiene. Somit ist ein Toleranzausgleich in Erstreckungsrichtung des Drahtendes gewährleistet.
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Es wird erfindungsgemäß vorzugsweise eine Stromschiene verwendet, bei welcher die Befestigungsdurchführung einen derart größeren Durchmesser als die Befestigungsschraube aufweist, dass ein Toleranzausgleich quer zur Längserstreckung des Drahtendes gewährleistet ist. Die Befestigungsdurchführung ist vorzugsweise als Rundloch oder Langloch ausgebildet.
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Die Befestigungsschraube wird durch die Befestigungsdurchführung vorzugsweise derart durchgeführt, dass ein Schraubenkopf der Befestigungsschraube auf der Stromschiene anliegt. Zwischen dem Schraubenkopf und der Stromschiene kann auch noch eine Unterlegscheibe oder dergleichen angeordnet sein. Ein Teilabschnitt der Befestigungsschraube wird in die erste Ausnehmung eingeführt. Bei einer ein Innengewinde aufweisenden ersten Ausnehmung wird die Befestigungsschraube vorzugsweise in die erste Ausnehmung eingeschraubt. Bei einer als Durchgangsloch ohne Gewinde ausgebildeten ersten Ausnehmung wird der Teilabschnitt der Befestigungsschraube vorzugsweise hindurchgeführt und in ein nachfolgendes Gewindeelement eingeschraubt.
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Schließlich wird die Befestigungsschraube weiter angezogen, sodass die Stromschiene an die Koppelvorrichtung gedrückt wird. Ferner bewirkt das Anziehen der Befestigungsschraube eine Betätigung der Klemmvorrichtung der Koppelvorrichtung in die Klemmposition, in welcher das Drahtende in der Klemmvorrichtung zwischen zwei Klemmelementen geklemmt ist. In diesem Zustand sind die Statorwicklung und die Leistungselektronik über die Koppelvorrichtung miteinander elektrisch und mechanisch gekoppelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Koppelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine mechanische sowie elektrische Kopplung von Statorwicklung und Leistungselektronik herstellbar ist. Das Verfahren ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen dem Drahtende und der Stromschiene durch lineares Verschieben der Koppelvorrichtung. Die Koppelvorrichtung ist leicht montierbar, weist einen kompakten Aufbau und somit einen geringen Platzbedarf auf und gewährleistet eine verschleißarme sowie zuverlässige elektrische und mechanische Kopplung der miteinander zu verbindenden Komponenten. Durch die von außen fixierbare Befestigungsschraube ist ein aufwendiges Eingreifen mit einem Werkzeug im Bereich der Drahtenden der Statorwicklung nicht mehr erforderlich.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein elektrisches Antriebssystem mit einer Elektromaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine auf. Erfindungsgemäß ist mindestens eine Stromschiene der Leistungselektronik mittels einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung mit mindestens einem Drahtende einer Statorwicklung eines Stators der Elektromaschine elektrisch sowie mechanisch gekoppelt.
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Vorzugsweise sind mehrere Drahtenden der Statorwicklung mittels einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Koppelvorrichtungen mit einer oder mehreren Stromschienen der Leistungselektronik elektrisch und mechanisch gekoppelt. Dabei ist es bevorzugt, dass für jede Phase der Statorwicklung eine separate Koppelvorrichtung vorhanden ist. Alternativ kann auch eine gemeinsame Koppelvorrichtung mit getrennten Phasen vorgesehen sein. Auf diese Weise sind die verschiedenen Phasen der Statorwicklung über eine oder mehrere erfindungsgemäße Koppelvorrichtungen mit den jeweiligen Stromschienen der Leistungselektronik elektrisch und mechanisch gekoppelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Koppelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine mechanische sowie elektrische Kopplung von Statorwicklung und Leistungselektronik hergestellt ist. Die Koppelvorrichtung ermöglicht einen Toleranzausgleich, ist leicht montierbar, weist einen kompakten Aufbau und somit einen geringen Platzbedarf auf und gewährleistet eine verschleißarme sowie zuverlässige elektrische und mechanische Kopplung der miteinander zu verbindenden Komponenten. Durch die von außen fixierbare Befestigungsschraube ist ein aufwendiges Eingreifen mit einem Werkzeug im Bereich der Drahtenden der Statorwicklung nicht mehr erforderlich.
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Eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung, ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Schnittdarstellung eine Koppelvorrichtung gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Klemmzustand,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht die Koppelvorrichtung aus 1,
- 3 in einer Schnittdarstellung eine Koppelvorrichtung gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem Klemmzustand,
- 4 in einer perspektivischen Ansicht die Koppelvorrichtung aus 3,
- 5 in einer Schnittdarstellung eine Koppelvorrichtung gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung in einem Klemmzustand, und
- 6 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 7 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist die Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einem Klemmzustand abgebildet. 2 zeigt die Koppelvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Koppelvorrichtung 1 weist einen ersten Koppelabschnitt 6 mit einer Befestigungsschraube 9, einem ersten Keilelement 13 und einem zweiten Keilelement 17 auf. Die Befestigungsschraube 9 ist durch eine Befestigungsdurchführung 29 einer Stromschiene 4 einer nicht weiter dargestellten Leistungselektronik 5 (vgl. 6) durchgeführt und liegt mit einem Schraubenkopf 31 über eine Unterlegscheibe 32 auf der Stromschiene 4 auf. Die Befestigungsschraube 9 ist durch eine in dem ersten Keilelement 13 zweite Ausnehmung 19 durchgeführt und in eine in dem zweiten Keilelement 17 als Sackloch mit Innengewinde ausgebildete erste Ausnehmung 12 eingeschraubt. Auf diese Weise ist die Koppelvorrichtung 1 an der Stromschiene 4 gehalten.
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Ferner weist die Koppelvorrichtung 1 einen zweiten Koppelabschnitt 7 mit einer Klemmvorrichtung 10 auf. Die Klemmvorrichtung 10 weist das erste Keilelement 13 und das zweite Keilelement 17 des ersten Koppelabschnitts 6 auf. Zudem weist der zweite Koppelabschnitt 7 ein Klemmgehäuse 26 auf, welches das erste Keilelement 13 und das zweite Keilelement 17 umgibt. Das erste Keilelement 13 weist eine Stromschienenanlagefläche 14 auf, welche an der dem Schraubenkopf 31 abgewandten Seite der Stromschiene 4 anliegt. Des Weiteren weist das erste Keilelement 13 eine erste Keilfläche 15 auf, welche an einer zweiten Keilfläche 18 des zweiten Keilelements 17 anliegt. Das erste Keilelement 13 ist somit als ein Klemmelement 11 der Klemmvorrichtung 10 ausgebildet. Das Klemmgehäuse 26 weist eine als Boden ausgebildete Rückhaltevorrichtung 28 zum Verhindern eines Herausfallens des ersten Keilelements 13 und des zweiten Keilelements 17 aus dem Klemmgehäuse 26 auf. Überdies weist das Klemmgehäuse 26 eine Gehäusewandung 27 auf, welche als weiteres Klemmelement 11 der Klemmvorrichtung 10 ausgebildet ist.
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Mehrere Drahtenden 8 einer nicht weiter dargestellten Statorwicklung eines Stators einer Elektromaschine 2 (vgl. 6) sind durch eine Durchführung 25 der Rückhaltevorrichtung 28 hindurchgeführt und zwischen der Gehäusewandung 27 sowie dem ersten Keilelement 13 der Klemmvorrichtung 10 geklemmt. Eine Klemmkraft ist durch eine Einschraubtiefe der Befestigungsschraube 9 in die erste Ausnehmung 12 sowie eine Schräge der ersten Keilfläche 15 und der zweiten Keilfläche 18 bestimmt.
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Zum Toleranzausgleich quer zu einer Längserstreckung der Drahtenden 8 weist die Befestigungsdurchführung 29 einen Durchmesser auf, der größer ist als ein Durchmesser der Befestigungsschraube 9. Zum Ermöglichen einer Bewegung des ersten Keilelements 13 quer zur Längserstreckung der Drahtenden 8 zum Klemmen bzw. Lösen der Drahtenden 8 ist die zweite Ausnehmung 19 als Langloch ausgebildet.
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In 3 ist die Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einem Klemmzustand abgebildet. 4 zeigt die Koppelvorrichtung 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Die Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in einer Ausbildung des zweiten Koppelabschnitts 7. Der erste Koppelabschnitt 6 ist bei beiden Ausführungsformen gleichermaßen ausgebildet.
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Die Klemmvorrichtung 10 weist anstatt eines Klemmgehäuses 26 ein drittes Keilelement 21 mit einer dritten Keilfläche 22 sowie ein viertes Keilelement 23 mit einer an der dritten Keilfläche 22 anliegenden vierten Keilfläche 24 auf. Das zweite Keilelement 17 und das vierte Keilelement 23 sind als Bereiche eines monolithisch ausgebildeten Gegendruckelements 16 ausgebildet. Zwischen dem zweiten Keilelement 17 und dem vierten Keilelement 23 ist eine Durchführung 25 ausgebildet, durch welche die Drahtenden 8 der Statorwicklung geführt sind. Die Klemmelemente 11 der Klemmvorrichtung 10 sind durch das erste Keilelement 13 und das dritte Keilelement 21 gebildet.
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In 5 ist die Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einem Klemmzustand abgebildet. Die Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Koppelvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Ausbildung des ersten Koppelabschnitts 6 und des zweiten Koppelabschnitts 7.
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Der erste Koppelabschnitt 6 weist die Befestigungsschraube 9 auf, die in dem Klemmzustand in eine erste Ausnehmung 12 eines zentral angeordneten Klemmblocks 20 eingeschraubt ist. Hierdurch ist die Koppelvorrichtung 1 an der Stromschiene 4 gehalten. Der zweite Koppelabschnitt 7 entspricht im Wesentlichen dem zweiten Koppelabschnitt 7 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung und weist zusätzlich den Klemmblock 20 auf, welcher zwischen dem ersten Keilelement 13 und dem dritten Keilelement 21 angeordnet ist. Das erste Keilelement 13, das dritte Keilelement 21 und der Klemmblock 20 bilden Klemmelemente 11 der Klemmvorrichtung 10.
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Der Klemmblock 20 ist zusammen mit dem zweiten Keilelement 17 und dem vierten Keilelement 23 als Teil des monolithisch ausgebildeten Gegendruckelements 16 ausgebildet. Zwischen dem zweiten Keilelement 17 und dem Klemmblock 20 sowie zwischen dem Klemmblock 20 und dem vierten Keilelement 23 ist jeweils eine Durchführung 25 ausgebildet, durch welche jeweils mehrere Drahtenden 8 der Statorwicklung geführt und zwischen den Klemmelementen 11 geklemmt sind.
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6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 3 schematisch in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 3 weist ein elektrisches Antriebssystem 30 mit einer Elektromaschine 2, einer Leistungselektronik 5 zum Betreiben der Elektromaschine 2 sowie einer Traktionsbatterie 33 zur Bereitstellung elektrischer Energie zum Betreiben der Elektromaschine 2 auf. Die Leistungselektronik 5 ist über eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 mit der Elektromaschine 2 elektrisch und mechanisch gekoppelt.
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In 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm abgebildet. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 derart auf ein Drahtende 8 der Statorwicklung aufgesetzt, dass das Drahtende 8 zwischen zwei Klemmelementen 11 der Klemmvorrichtung 10 des zweiten Koppelabschnitts 7 angeordnet ist. Das Drahtende 8 ist durch die Durchführung 25 des Gegendruckelements 16 durchgeführt. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 werden die Stromschiene 4 der Leistungselektronik 5 und die Koppelvorrichtung 1 derart zusammengeführt, dass die Befestigungsdurchführung 29 der Stromschiene 4 mit der ersten Ausnehmung 12 in einer Flucht angeordnet ist. Dies erfolgt vorzugsweise zumindest teilweise durch Heranbewegen der Stromschiene an die Koppelvorrichtung 1 und/oder Heranbewegen der Koppelvorrichtung 1 an die Stromschiene 4 und/oder Heranbewegen des Drahtendes 8 zusammen mit der Koppelvorrichtung 1 an die Stromschiene 4. Ein Toleranzausgleich zwischen dem Drahtende 8 und der Stromschiene 4 in Richtung einer Längserstreckung des Drahtendes 8 ist durch relatives lineares Verschieben der Koppelvorrichtung 1 entlang dem Drahtende 8 möglich. Ein Toleranzausgleich quer zur Längserstreckung des Drahtendes 8 ist durch die in der Stromschiene 4 ausgebildete Befestigungsdurchführung 29 möglich.
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In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird die Befestigungsschraube 9 durch die Befestigungsdurchführung 29 durchgeführt. Zudem wird die Befestigungsschraube 9 in die erste Ausnehmung 12 eingeführt, insbesondere durch Einschrauben. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird die Befestigungsschraube 9 zum Befestigen der Stromschiene 4 an der Koppelvorrichtung 1 derart angezogen, dass das Drahtende 8 hierdurch in der Klemmvorrichtung 10 geklemmt wird. Durch das Anziehen der Befestigungsschraube 9 wird vorzugsweise ein Gegendruckelement 16 der Klemmvorrichtung 10 durch die Befestigungsschraube 9 zur Stromschiene 4 hingezogen. Durch diese Bewegung werden die Klemmelemente 11 der Klemmvorrichtung 10 aufeinander zubewegt und das Drahtende 8 somit zwischen den Klemmelementen 11 geklemmt. Auf diese Weise ist eine elektrische sowie mechanische Kopplung der Stromschiene 4 mit dem Drahtende 8 mit möglichem Toleranzausgleich über die Koppelvorrichtung 1 realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppelvorrichtung
- 2
- Elektromaschine
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Stromschiene
- 5
- Leistungselektronik
- 6
- erster Koppelabschnitt
- 7
- zweiter Koppelabschnitt
- 8
- Drahtende
- 9
- Befestigungsschraube
- 10
- Klemmvorrichtung
- 11
- Klemmelement
- 12
- erste Ausnehmung
- 13
- erstes Keilelement
- 14
- Stromschienenanlagefläche
- 15
- erste Keilfläche
- 16
- Gegendruckelement
- 17
- zweites Keilelement
- 18
- zweite Keilfläche
- 19
- zweite Ausnehmung
- 20
- Klemmblock
- 21
- drittes Keilelement
- 22
- dritte Keilfläche
- 23
- viertes Keilelement
- 24
- vierte Keilfläche
- 25
- Durchführung
- 26
- Klemmgehäuse
- 27
- Gehäusewandung
- 28
- Rückhaltevorrichtung
- 29
- Befestigungsdurchführung
- 30
- elektrisches Antriebssystem
- 31
- Schraubenkopf
- 32
- Unterlegscheibe
- 33
- Traktionsbatterie
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015009620 A1 [0004]
- DE 2219764 A1 [0004]
- DE 4037753 A1 [0005]
- DE 102011107022 A1 [0005]
