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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrisches Antriebssystem zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer gattungsgemäßen Koppelvorrichtung sowie ein Verfahren zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug.
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Es ist bekannt, einen Stator einer Elektromaschine mit einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine elektrisch zu koppeln. Ferner ist es ein vorrangiges Ziel der Entwicklung von Kraftfahrzeugen, Größe und Gewicht der Komponenten des Kraftfahrzeugs zu sparen. Hierbei sind eine Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit der Komponenten besonders zu berücksichtigende Aspekte. Eine einfache elektrische Kopplung eines Leistungselektronikkabels mit einem Statordraht mittels einer Schraube zeigt das Dokument
DE 10 2019 114 810 A1 . Kabelverbindungen sind gegenüber Stromschienen störanfälliger und schwieriger montierbar.
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Eine Maßnahme zum Erreichen einer kompakten Bauweise bei elektrischen Antrieben ist das Positionieren einer Kontaktierungsstelle einer Elektronikstromschiene der Leistungselektronik und einer Statorstromschiene des Stators in ein Maschinengehäuse der Elektromaschine, einen Getriebebauraum oder dergleichen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2019 212 980 A1 bekannt. Das Dokument
DE 10 2019 200 751 A1 zeigt eine direkte Kopplung einer Elektronikstromschiene mit einer Statorstromschiene mittels einer Schraube. Die Stromschienen weisen jeweils eine Durchführung auf, die zum Einführen und Fixieren der Schraube koaxial zueinander anordenbar sind.
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In der Regel erfolgt eine mechanische und elektrische Kopplung der beiden Stromschienen erst nach der Hochzeit von Motor- und Maschinen- bzw. Getriebegehäuse von außen. Hierzu können beispielsweise eine große oder drei kleinere Gehäuseöffnungen im Gehäuse vorgesehen sein, durch welche Schrauben zuführbar und verschraubbar sind. Zur Vermeidung einer Verschmutzung der Schauben werden die Gehäuseöffnungen üblicherweise im Anschluss mittels spezieller Abdeckungen verschlossen, die durch mehrere Schrauben am Gehäuse fixierbar sind.
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Derartige Anordnungen haben den Nachteil, dass bei kleinen Gehäuseöffnungen die Zuführung der Schrauben erschwert ist. Im Falle eines fehlerhaften Einschraubens muss die Schraube gewechselt, bzw. der gesamte Antrieb demontiert und die Kontaktbrücke erneuert werden. Bei großen Gehäuseöffnungen muss mit einem Deckel und mehreren Schrauben der Durchbruch verschlossen werden. Somit sind eine Montage und eine Demontage der Bauteile erschwert.
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Aus der
DE 10 2012 024 160 A1 ist eine Anschlussvorrichtung zur elektrischen Kopplung eines Stators mit einer Leistungselektronik bekannt. Die Anschlussvorrichtung ist becherförmig ausgebildet und in eine Gehäuseöffnung eines Maschinengehäuses einsetzbar. Stromschienen des Stators sind jeweils in eine Aufnahme der Anschlussvorrichtung einsetzbar und an dieser mittels jeweils einer von außen zugängigen Schraube fixierbar. Zur elektrischen Kontaktierung der Leistungselektronik weist die Anschlussvorrichtung für jede Stromschiene eine Steckbuchse auf, in welche jeweils ein mit einem Hochvoltkabel gekoppelter Stecker einsteckbar ist. Aus dem Dokument
DE 10 2019 212 980 A1 ist eine weitere elektrische Kopplung mittels Stecker bekannt. Derartige Vorrichtungen haben den Nachteil, dass die elektrische Kontaktierung der einzelnen Phasen entlang verschiedener Fügerichtungen erfolgt und die Vorrichtung somit einen großen Platzbedarf aufweist. Zudem ist eine Steckverbindung leicht kontaminierbar. Ferner besteht die Gefahr eines Verlusts der elektrischen Kontaktierung durch Betriebseinflüsse, wie beispielsweise Vibrationen oder mechanische Stöße, aufgrund einer fehlenden Fixierung der Stecker in den Steckbuchsen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer elektrischen Kopplung einer Leistungselektronik mit einem Stator zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Koppelvorrichtung, ein elektrisches Antriebssystem und ein Verfahren zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise einen verringerten Platzbedarf und/oder eine reduzierte Teileanzahl aufweisen und/oder eine Montage verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein elektrisches Antriebssystem zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug 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 elektrischen Antriebssystem sowie dem erfinderischen Verfahren 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 Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Koppelvorrichtung weist einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Klemmvorrichtung zum gemeinsamen Klemmen der Elektronikstromschiene und der Statorstromschiene an dem Grundkörper in einer Klemmposition auf. Erfindungsgemäß weist die Klemmvorrichtung eine Schraube mit einer Schraubenlängsachse auf, wobei der Grundkörper derart ausgebildet und die Schraube derart am Grundkörper angeordnet ist, dass die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene quer zur Schraubenlängsachse in die Klemmposition bewegbar sind.
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Unter einer Koppelvorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, mittels welcher eine elektrische Kopplung zwischen zwei voneinander getrennt ausgebildeten Leitern herstellbar ist. Die mittels der Koppelvorrichtung hergestellte elektrische Kopplung kann beispielsweise über die Koppelvorrichtung, insbesondere die Klemmvorrichtung, oder direkt zwischen den Leitern, insbesondere durch direktes gegenseitiges Kontaktieren der Leiter, bereitgestellt sein.
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Zum sicheren sowie platzsparenden elektrischen Koppeln an die Elektromaschine weisen Hochvolt-Leistungselektroniken eine Elektronikstromschiene auf. Für jede Phase der Elektromaschine weisen gattungsgemäße Leistungselektroniken üblicherweise eine solche Elektronikstromschiene auf, welche voneinander elektrisch isoliert sind, sodass jede Phase gezielt ansteuerbar ist.
Zum sicheren sowie platzsparenden elektrischen Koppeln an die Leistungselektronik weisen Elektromaschinen zum Antreiben von Kraftfahrzeugen eine Statorstromschiene auf. Eine Anzahl an Statorstromschienen entspricht üblicherweise einer Anzahl an Phasen bzw. Elektronikstromschienen. Die Statorstromschienen sind voneinander elektrisch isoliert, sodass jede Phase gezielt ansteuerbar ist.
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Der Grundkörper ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. Vorzugsweise ist der Grundkörper aus einem nichtleitenden Material hergestellt. Vorzugsweise ist der Grundkörper aus einem Kunststoff, insbesondere in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Vorzugsweise weist der Grundkörper über einen Betriebstemperaturbereich der Leistungselektronik sowie der Elektromaschine einen festen Zustand auf, sodass eine Formstabilität des Grundkörpers während des Betriebs der Elektromaschine gewährleistet ist. Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Führungsvorrichtung zum formschlüssigen Begrenzen einer Relativbewegung der Elektronikstromschiene und/oder der Statorstromschiene zum Grundkörper, vorzugsweise quer zu einer Montagerichtung der jeweiligen Elektronikstromschiene bzw. Statorstromschiene auf. Auf diese Weise ist ein Bewegen der jeweiligen Stromschiene in die Klemmposition verbessert.
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Die Klemmvorrichtung ist am Grundkörper angeordnet bzw. anordenbar. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass Komponenten der Klemmvorrichtung, wie beispielsweise ein Gewinde zum Eingreifen der Schraube, monolithisch mit dem Grundkörper ausgebildet oder an diesem befestigt ist. Die Schraube ist als Teil der Klemmvorrichtung ausgebildet. Die Schraubenlängsachse erstreckt sich längs der Schraube und definiert eine Bewegungsrichtung der Schraube beim Fixieren und Lösen. Vorzugsweise weist die Koppelvorrichtung für jede Phase bzw. jedes Paar aus Elektronikstromschiene und Statorstromschiene eine derartige Klemmvorrichtung auf, wobei die einzelnen Klemmvorrichtungen gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Demnach weist die Koppelvorrichtung vorzugsweise drei Klemmvorrichtungen auf.
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Die Schraubenlängsachse ist quer, vorzugsweise senkrecht, zur Montagerichtung der Elektronikstromschiene und der Statorstromschiene angeordnet. Durch Festziehen der Schraube sind somit die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene zusammendrückbar. Auf diese Weise ist die sichere elektrische Kopplung zwischen der Elektronikstromschiene und der Statorstromschiene herstellbar. Vorzugsweise ist die Schraube derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Bewegung der Elektronikstromschiene und/oder der Statorstromschiene in die jeweilige Montagerichtung über die Klemmposition hinaus formschlüssig begrenzt ist.
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Eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen elektrischen Kopplungen zwischen einer Elektronikstromschiene und einer Statorstromschiene den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine sichere sowie platzsparende elektrische Kopplung zwischen den Stromschienen herstellbar ist. Durch die Ausbildung der Klemmvorrichtung ist bei der Herstellung der elektrischen Kopplung keine Zufuhr einer zusätzlichen Schraube von außerhalb des Maschinengehäuses erforderlich, sodass die elektrische Kopplung auch bei einem geschlossenen Maschinengehäuse der Elektromaschine über eine verhältnismäßig kleine Gehäuseöffnung erfolgen kann. Zudem hat das Vorhandensein der Schraube in der Klemmvorrichtung den Vorteil, dass ein korrektes Eingreifen der Schraube in ein Gewinde der Klemmvorrichtung bereits in der Vormontage sicherstellbar ist. Ein aufwendiges Ausrichten der Schraube bei geschlossenem Maschinengehäuse bei der Endmontage des elektrischen Antriebssystems ist somit vermeidbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Koppelvorrichtung vorgesehen sein, dass der Grundkörper eine erste Einführungsöffnung zum Einführen eines Endabschnitts der Elektronikstromschiene in die Koppelvorrichtung und eine zweite Einführungsöffnung zum Einführen eines Endabschnitts der Statorstromschiene in die Koppelvorrichtung aufweist. Die Einführungsöffnungen sind vorzugsweise zum Führen, insbesondere zum linearen Führen, der jeweiligen Stromschiene ausgebildet. Vorzugsweise weist die Koppelvorrichtung für jede Phase eine erste Einführungsöffnung sowie eine zweite Einführungsöffnung auf. Für eine dreiphasige Elektromaschine weist die Koppelvorrichtung demnach vorzugsweise drei erste Einführungsöffnungen und drei zweite Einführungsöffnungen auf. Bei einer für mehrere Phasen ausgebildeten Koppelvorrichtung sind die Abstände zwischen den ersten bzw. zweiten Einführungsöffnungen zu den jeweils zugehörigen Schrauben vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet. Weiter bevorzugt sind die ersten Einführungsöffnungen auf einer gemeinsamen Einführungslinie angeordnet, welche vorzugsweise 90° quer zur Montagerichtung der Elektronikstromschienen ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die zweiten Einführungsöffnungen auf einer gemeinsamen Einführungslinie angeordnet, welche vorzugsweise 90° quer zur Montagerichtung der Statorstromschienen ausgebildet ist. Die drei Schrauben sind vorzugsweise in einer Dreiecksanordnung an der Koppelvorrichtung angeordnet. Auf diese Weise ist eine Montage derart erleichterbar, dass zuerst eine Elektronikstromschiene mit einer ersten Einführungsöffnung in Kontakt bringbar ist. Die weiteren Elektronikstromschienen sind dann beim weiteren Zusammenführen der Kontaktvorrichtung mit der Leistungselektronik mit den jeweiligen ersten Einführungsöffnungen in Kontakt bringbar. Ebenso ist die Montage auf diese Weise derart erleichterbar, dass zuerst eine Statorstromschiene mit einer zweiten Einführungsöffnung in Kontakt bringbar ist. Die weiteren Statorstromschienen sind dann beim weiteren Zusammenführen der Kontaktvorrichtung mit dem Stator mit den jeweiligen zweiten Einführungsöffnungen in Kontakt bringbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Montage der Koppelvorrichtung mit der Leistungselektronik und dem Stator verbessert ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erste Einführungsöffnung und die zweite Einführungsöffnung derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene entlang einer gemeinsamen Bewegungsachse aufeinander zu in die Klemmposition bewegbar sind. Die Bewegungsachse schneidet vorzugsweise die Schraubenlängsachse. Die Bewegungsachse ist erfindungsgemäß eine Gerade. Alternativ zu einer gemeinsamen Bewegungsachse können die Bewegungsachsen auch parallel zueinander ausgebildet sein oder einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Ein gemeinsamer Schnittpunkt liegt vorzugsweise auf der Schraubenlängsachse. Durch die nicht fixierte Schraube ist somit die translatorische Bewegung der Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene formschlüssig begrenzbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bauraumbedarf für die elektrische Kopplung von Leistungselektronik und Stator reduzierbar ist.
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Weiter bevorzugt weisen die erste Einführungsöffnung und/oder die zweite Einführungsöffnung von der Klemmvorrichtung wegweisend eine Aufweitung auf. Die Aufweitung ist vorzugsweise trichterförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Einführen und Ausrichten der Elektronikstromschiene sowie der Statorstromschiene verbesserbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Koppelvorrichtung vorgesehen sein, dass die Klemmvorrichtung eine translatorisch zur Schraubenlängsachse bewegbar angeordnete Gewindebuchse aufweist, wobei die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene mittels der Klemmvorrichtung zwischen der Gewindebuchse und der Schraube übereinander klemmbar sind. Die Schraube ist in die Gewindebuchse einschraubbar und vorzugsweise derart eingeschraubt, dass Gewindezüge der Schraube mit Gewindezügen der Gewindebuchse bestimmungsgemäß in Eingriff stehen. Dies hat den Vorteil, dass ein aufwendiges Zusammenführen einer Klemmschraube mit einem Innengewinde in der Endmontage entfallen kann. Die Gewindebuchse ist vorzugsweise über eine Führungsvorrichtung translatorisch bewegbar am Grundkörper geführt. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise eine Führungsschiene, Führungswand oder dergleichen aufweisen. Weiter bevorzugt weist die Klemmvorrichtung Begrenzungsmittel, wie beispielsweise einen Absatz, eine Begrenzungsschraube oder dergleichen, zum formschlüssigen Begrenzen der translatorischen Bewegung der Gewindebuchse auf. Die Klemmvorrichtung ist vorzugsweise derart eingerichtet und ausgebildet, dass die Gewindebuchse in einem entspannten Zustand der Gewindebuchse außerhalb einer Bewegungsbahn der Stromschienen, vorzugsweise von der Bewegungsbahn beabstandet, angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass somit bei der Montage der Stromschiene eine Kollision zwischen der Stromschiene und der Gewindebuchse vermeidbar ist. Weiter bevorzugt ist die Klemmvorrichtung ausgebildet und eingerichtet, dass die Gewindebuchse im gespannten Zustand der Klemmvorrichtung die Elektronikstromschiene oder die Statorstromschiene kontaktiert. Die Klemmvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, dass ein Schraubenkopf der Schraube im gespannten Zustand der Klemmvorrichtung die jeweils andere Statorstromschiene bzw. Elektronikstromschiene kontaktiert. Die Gewindebuchse und die Schraube sind vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, sodass eine elektrische Kopplung der Elektronikstromschiene mit der Statorstromschiene über die Klemmvorrichtung bereitstellbar ist. Eine Gewindebuchse hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Montage der Stromschienen und die elektrische Kopplung verbesserbar sind.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper einen Formschlussabschnitt zum Halten der Schraube an dem Grundkörper auf. Der Formschlussabschnitt ist vorzugsweise zum Umgreifen eines Abschnitts des Schraubenkopfs ausgebildet. Vorzugsweise ist der Formschlussabschnitt zum Fixieren einer relativen Lage der Schraube zum Grundkörper ausgebildet. Alternativ ist der Formschlussabschnitt vorzugsweise zum Begrenzen einer linearen Bewegung der Schraube in Richtung der Schraubenlängsachse ausgebildet. Somit hat die Schraube ein begrenztes Bewegungsspiel. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kollision der Klemmvorrichtung mit den Stromschienen bei der Montage der Stromschienen vermeidbar ist. Über den Formschlussabschnitt ist die Schraube in einer definierten Lage zum Grundkörper haltbar. Somit ist auch ein Herausfallen einer Klemmvorrichtung, welche eine Schraube und eine Gewindebuchse aufweist, vermeidbar.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das elektrische Antriebssystem weist eine Elektromaschine mit einem Rotor, einem Stator sowie einem Maschinengehäuse und eine Leistungselektronik zum Bestromen des Stators zum Betreiben der Elektromaschine auf. Der Stator weist zum elektrischen Koppeln mit der Leistungselektronik eine Statorstromschiene und die Leistungselektronik zum elektrischen Koppeln mit dem Stator eine Elektronikstromschiene auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Antriebssystem zum elektrischen Koppeln der Statorstromschiene mit der Elektronikstromschiene eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung auf.
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Die Elektromaschine ist vorzugsweise als dreiphasige Elektromaschine ausgebildet und weist demnach vorzugsweise drei elektrisch voneinander getrennte Statorstromschienen auf. Dementsprechend weist die Leistungselektronik vorzugsweise drei elektrisch voneinander getrennte Elektronikstromschienen auf. Die Statorstromschienen und Elektronikstromschienen sind jeweils paarweise über eine Klemmvorrichtung der Koppelvorrichtung miteinander elektrisch gekoppelt. Demnach weist die Koppelvorrichtung vorzugsweise drei elektrisch voneinander getrennte Klemmvorrichtungen auf. Die Koppelvorrichtung ist vorzugsweise an dem Maschinengehäuse gehalten, vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Halteschrauben.
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Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Koppelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem gegenüber herkömmlichen elektrischen Antriebssystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine sichere sowie platzsparende elektrische Kopplung zwischen den Stromschienen hergestellt ist. Durch die Ausbildung der Klemmvorrichtung ist bei der Herstellung der elektrischen Kopplung keine Zufuhr einer zusätzlichen Schraube von außerhalb des Maschinengehäuses erforderlich, sodass die elektrische Kopplung auch bei einem geschlossenen Maschinengehäuse der Elektromaschine über eine verhältnismäßig kleine Gehäuseöffnung erfolgen kann. Zudem hat das Vorhandensein der Schraube in der Klemmvorrichtung den Vorteil, dass ein korrektes Eingreifen der Schraube in ein Gewinde der Klemmvorrichtung bereits in der Vormontage sicherstellbar ist. Ein aufwendiges Ausrichten der Schraube bei geschlossenem Maschinengehäuse bei der Endmontage des elektrischen Antriebssystems ist somit vermeidbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einem elektrischen Antriebssystem vorgesehen sein, dass die Elektronikstromschiene und/oder die Statorstromschiene zum Bewegen in die Klemmposition ein zu einem Schienenende offenes Langloch zum Eingreifen mit der Klemmvorrichtung aufweisen. Ein Endabschnitt der Elektronikstromschiene bzw. Statorstromschiene weist demnach vorzugsweise eine gabelförmige Ausbildung auf. Eine Langlochbreite des Langlochs ist vorzugsweise auf einen Schraubendurchmesser der Schraube der Klemmvorrichtung abgestimmt und entspricht diesem zur besseren Montierbarkeit sowie zur sicheren Ausrichtung im Wesentlichen. Die Klemmvorrichtung und Elektronikstromschiene bzw. Statorstromschiene sind vorzugsweise derart ausgebildet und eingerichtet, dass ein Schaftabschnitt eines Schraubenschafts der Schraube in der Klemmposition innerhalb des Langlochs angeordnet ist. Dieser Schaftabschnitt weist vorzugsweise kein Gewinde auf, kann aber auch ein Gewinde aufweisen. Vorzugsweise kontaktiert die Schraube in der Klemmposition eine Endwandung des Langlochs, sodass über das Zusammenspiel der Schraube und dem Langloch die Klemmposition formschlüssig festgelegt ist. Eine Lochöffnung des Langlochs weist vorzugsweise eine Aufweitung auf, um ein Aufschieben des Langlochs auf die Schraube zu verbessern. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Montage des elektrischen Antriebssystems weiter verbessert ist.
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Besonders bevorzugt weist das Maschinengehäuse eine Gehäuseöffnung zum Durchführen eines Werkzeugs zum Drehen der Schraube der Klemmvorrichtung um die Schraubenlängsachse auf. Die Gehäuseöffnung weist einen derart großen Durchmesser auf, dass ein Werkzeug zum Drehen der Schraube durch die Gehäuseöffnung führbar ist, wobei ein möglichst kleiner Durchmesser der Gehäuseöffnung erfindungsgemäß bevorzugt ist. Die Gehäuseöffnung ist vorzugsweise koaxial zur Schraubenlängsachse angeordnet. Die Gehäuseöffnung weist vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als ein Schraubenkopfdurchmesser des Schraubenkopfs der Schraube auf. Somit ist eine vollständige Demontage der Schraube bei geschlossenem Maschinengehäuse verhinderbar. Die Gehäuseöffnung ist vorzugsweise mittels einer Verschlussvorrichtung verschlossen. Die Verschlussvorrichtung ist vorzugsweise als Stopfen, Deckel oder dergleichen ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Verschlussvorrichtung an dem Maschinengehäuse fixiert, insbesondere angeschraubt, oder über ein eigenes Gewinde eingeschraubt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage des elektrischen Antriebssystems verbessert ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Anordnen einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung in einen Innenraum eines Maschinengehäuses der Elektromaschine,
- - Einführen eines Endabschnitts der Elektronikstromschiene in die Klemmvorrichtung bis in die Klemmposition,
- - Einführen eines Endabschnitts der Statorstromschiene in die Klemmvorrichtung bis in die Klemmposition,
- - Manipulieren der Klemmvorrichtung von außen durch eine Gehäuseöffnung des Maschinengehäuses derart, dass die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene in der Klemmposition geklemmt werden, und
- - Verschließen der Gehäuseöffnung mittels einer Verschlussvorrichtung und
- - Sichern der Verschlussvorrichtung am Maschinengehäuse.
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Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Koppelvorrichtung zuerst auf die Elektronikstromschiene oder die Statorstromschiene gesteckt und anschließend gemeinsam mit dem jeweiligen Bauteil am Maschinengehäuse montiert wird. Die Koppelvorrichtung wird vorzugsweise am Maschinengehäuse fixiert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Koppelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem elektrischen Antriebssystem gemäß dem zweiten 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 sichere sowie platzsparende elektrische Kopplung zwischen den Stromschienen herstellbar ist. Durch die Ausbildung der Klemmvorrichtung ist bei der Herstellung der elektrischen Kopplung keine Zufuhr einer zusätzlichen Schraube von außerhalb des Maschinengehäuses erforderlich, sodass die elektrische Kopplung auch bei einem geschlossenen Maschinengehäuse der Elektromaschine über eine verhältnismäßig kleine Gehäuseöffnung erfolgen kann. Zudem hat das Vorhandensein der Schraube in der Klemmvorrichtung den Vorteil, dass ein korrektes Eingreifen der Schraube in ein Gewinde der Klemmvorrichtung bereits in der Vormontage sicherstellbar ist. Ein aufwendiges Ausrichten der Schraube bei geschlossenem Maschinengehäuse bei der Endmontage des elektrischen Antriebssystems ist somit vermeidbar.
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Eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung, ein erfindungsgemäßes elektrisches Antriebssystem sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Koppelvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus 1,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht die Koppelvorrichtung aus 1 während eines Montagevorgangs einer Elektronikstromschiene und einer Statorstromschiene,
- 4 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung, und
- 5 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Koppelvorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Die Koppelvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 4 auf, an welchem drei Klemmvorrichtungen 5 mit jeweils einer Schraube 6, die eine Schraubenlängsachse 7 aufweist, und einer Gewindebuchse 11, die mit einem nicht dargestellten Außengewinde der Schraube 6 in Eingriff steht, angeordnet sind. Die Schrauben 6 weisen jeweils einen Schraubenkopf 18 und einen Schraubenschaft 19 auf, wobei das nicht dargestellte Außengewinde am Schraubenschaft 19 ausgebildet ist. Für jede Klemmvorrichtung 5 weist der Grundkörper 4 eine erste Einführungsöffnung 8 zum Einführen einer nicht dargestellten Elektronikschiene 2 (vgl. 3) einer Leistungselektronik sowie eine zweite Einführungsöffnung 9 zum Einführen einer nicht dargestellten Statorstromschiene 3 (vgl. 3) eines Stators auf. Die Klemmvorrichtung 5 ist zum mechanischen sowie elektrischen Koppeln der Elektronikschiene 2 mit der Statorstromschiene 3 ausgebildet.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig, 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Der Schraubenkopf 18 ist formschlüssig von einem Formschlussabschnitt 12 des Grundkörpers 4 gehalten und somit gegen eine eigenständige Bewegung entlang der Schraubenlängsachse 7, beispielsweise aufgrund des Eigengewichts von Schraube 6 und Gewindebuchse 11, durch Erschütterungen, Vibrationen, mechanische Stöße oder dergleichen, gesichert. Der Formschlussabschnitt 12 ist zudem derart ausgebildet, durch die beim Schrauben der Schraube 6 auftretenden Kräfte entlang der Schraubenlängsachse 7 nachzugeben, beispielsweise durch elastisches Wegbiegen, Abknicken, Abbrechen oder dergleichen, und somit den Schraubenkopf 18 zum weiteren Festziehen der Klemmvorrichtung 5 freizugeben. Hierfür weist der Formschlussabschnitt 12 eine schräge Abgleitfläche zum Abgleiten des Schraubenkopfes 18 auf. Der Schraubenschaft 19 erstreckt sich entlang der Schraubenlängsachse 7.
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3 zeigt die Koppelvorrichtung 1 aus 1 während eines Montagevorgangs der Elektronikstromschiene 2 und der Statorstromschiene 3. Die Elektronikstromschiene 2 weist einen Endabschnitt E mit einem Langloch 15 zum Umgreifen der Schraube 6 der Koppelvorrichtung 1 auf. Die Statorstromschiene 3 weist ebenfalls einen Endabschnitt E mit einem Langloch 15 zum Umgreifen der Schraube 6 der Koppelvorrichtung 1 auf. Zum Montieren an der Koppelvorrichtung 1 sind die Elektronikstromschiene 2 und die Statorstromschiene 3 von entgegengesetzten Seiten aus entlang der Bewegungsachse B in Richtung der Schraube 6 bewegbar.
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In 4 ist ein Ausschnitt eines elektrischen Antriebssystems 13 gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Das elektrische Antriebssystem 13 weist ein Maschinengehäuse 14 auf, in welchem eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 angeordnet ist. In dieser Ansicht ist die Elektronikstromschiene 2 einer außerhalb des Maschinengehäuses 14 angeordneten, nicht weiter dargestellten Leistungselektronik von außen entlang der Bewegungsachse B in das Maschinengehäuse 14 sowie durch die erste Einführungsöffnung 8 eingeführt und in einer Klemmposition K an der Klemmvorrichtung 5 der Koppelvorrichtung 1 angeordnet. Der Schraubenschaft 19 ist somit im Langloch 15 der Elektronikstromschiene 2 angeordnet. Aus einer entgegengesetzten Richtung ist die Statorstromschiene 3 eines innerhalb des Maschinengehäuses 14 angeordneten, nicht weiter dargestellten Stators entlang der Bewegungsachse B durch die zweite Einführungsöffnung 9 eingeführt und in der Klemmposition K an der Klemmvorrichtung 5 angeordnet. Der Schraubenschaft 19 ist somit im Langloch 15 der Statorstromschiene 3 angeordnet. An dem Grundkörper 4 und der Gewindebuchse 11 der Klemmvorrichtung 5 sind miteinander korrespondierende Absätze 22 ausgebildet, durch welche ein Herausfallen der Gewindebuchse 11 in dieser Ansicht nach unten bei entfernter Schraube 6 formschlüssig verhindert ist. Es ist ferner erkennbar, dass die erste Einführungsöffnung 8 und die zweite Einführungsöffnung 9 von der Klemmvorrichtung 5 wegweisend jeweils eine Aufweitung 10 zur erleichterten Montage der Elektronikstromschiene 2 und der Statorstromschiene 3 an der Koppelvorrichtung 1 aufweisen. Die Aufweitungen 10 sind trichterförmig ausgebildet. Die Schraube 6 ist über eine Gehäuseöffnung 16 des Maschinengehäuses 14 von außen mit einem Werkzeug festziehbar sowie lösbar. Die Gehäuseöffnung 16 ist mittels einer Verschlussvorrichtung 17, welche über eine Sicherungsschraube 20 am Maschinengehäuse 14 gesichert bzw. fixiert ist, verschlossen.
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In 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 in dem Innenraum des Maschinengehäuses 14 der Elektromaschine angeordnet. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird der Endabschnitt E der Elektronikstromschiene 2 über die erste Einführungsöffnung 8 in die Klemmvorrichtung 5 eingeführt und in der Klemmposition K angeordnet. In der Klemmposition K kontaktiert vorzugsweise eine Endwandung eines Langlochs 15 der Elektronikstromschiene 2 die Schraube 6 der Koppelvorrichtung 1. Der zweite Verfahrensschritt 200 kann erfindungsgemäß auch vor dem ersten Verfahrensschritt 100 erfolgen. In diesem Fall wird die Koppelvorrichtung 1 zusammen mit der Elektronikschiene 2 im Innenraum des Maschinengehäuses 14 angeordnet. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird der Endabschnitt E der Statorstromschiene 3 über die zweite Einführungsöffnung 9 in die Klemmvorrichtung 5 eingeführt und in der Klemmposition K angeordnet. In der Klemmposition K kontaktiert vorzugsweise eine Endwandung eines Langlochs 15 der Statorstromschiene 3 die Schraube 6 der Koppelvorrichtung 1. Die Endbereiche der Elektronikschiene 2 und der Statorstromschiene 3 überlappen einander und sind zwischen dem Schraubenkopf 18 der Schraube und der Gewindebuchse 11 angeordnet.
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In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird die Klemmvorrichtung 5 von außen durch die Gehäuseöffnung 16 des Maschinengehäuses 14 derart manipuliert, dass die Elektronikstromschiene 2 und die Statorstromschiene 3 in der Klemmposition K zwischen dem Schraubenkopf 18 und der Gewindebuchse 11 geklemmt werden. Das Manipulieren ist ein Festziehen der Schraube 6. Hierdurch wird die elektrische Kopplung der Elektronikstromschiene 2 mit der Statorstromschiene 3 sichergestellt. Die elektrische Kopplung ist beispielsweise über die Klemmvorrichtung 5, insbesondere die Schraube und die Gewindebuchse, und/oder direkt durch gegenseitige Kontaktierung der Elektronikstromschiene 2 und der Statorstromschiene 3 hergestellt. In einem fünften Verfahrensschritt 500 wird die Gehäuseöffnung 16 mittels der Verschlussvorrichtung 17 verschlossen, sodass der Innenraum vor äußeren Einflüssen, vorzugsweise Staub, Schmutz, Wasser oder dergleichen, geschützt ist. In einem sechsten Verfahrensschritt 600 wird die Verschlussvorrichtung 17 am Maschinengehäuse 14 gesichert. Dies erfolgt vorzugsweise mittels einer Sicherungsschraube 20.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppelvorrichtung
- 2
- Elektronikstromschiene
- 3
- Statorstromschiene
- 4
- Grundkörper
- 5
- Klemmvorrichtung
- 6
- Schraube
- 7
- Schraubenlängsachse
- 8
- erste Einführungsöffnung
- 9
- zweite Einführungsöffnung
- 10
- Aufweitung
- 11
- Gewindebuchse
- 12
- Formschlussabschnitt
- 13
- elektrisches Antriebssystem
- 14
- Maschinengehäuse
- 15
- Langloch
- 16
- Gehäuseöffnung
- 17
- Verschlussvorrichtung
- 18
- Schraubenkopf
- 19
- Schraubenschaft
- 20
- Sicherungsschraube
- 21
- Führungsvorrichtung
- 22
- Absatz
- 23
- Abgleitfläche
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
- 500
- fünfter Verfahrensschritt
- 600
- sechster Verfahrensschritt
- B
- Bewegungsachse
- E
- Endabschnitt
- K
- Klemmposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019114810 A1 [0002]
- DE 102019212980 A1 [0003, 0006]
- DE 102019200751 A1 [0003]
- DE 102012024160 A1 [0006]
