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Die Erfindung betrifft eine Stromschienen-Anordnung zur elektrischen Leistungsversorgung für ein Kraftfahrzeug.
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Im eingebauten Zustand ist die Stromschienen-Anordnung also insbesondere Teil eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, über das eine Vielzahl von elektrischen Komponenten im Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie und elektrischer Leistung versorgt werden. Die Stromschienen-Anordnung wird beispielsweise als Batterieleitung oder allgemein als eine Hauptversorgungsleitung, dem sogenannten Backbone eingesetzt. Ein solcher wird üblicherweise von einem vorderen Fahrzeugteil in einen hinteren Fahrzeugteil geführt. Die Stromschienen-Anordnung ist dabei typischerweise zur Übertragung von hohen Strömen von zumindest mehreren 10A und typischerweise von mehr als 100A ausgebildet. Eine solche Hauptversorgungsleitung kann sowohl bei Niedervolt-Bordnetzen mit einer Bordnetzspannung kleiner 60V, beispielsweise 12V oder 48V, oder vorzugsweise auch für Hochvolt-Anwendungen beispielsweise im Zusammenhang mit elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen mit Spannungen im Bereich von mehreren 100 V und beispielsweise im Bereich von 300 V bis 1000 V eingesetzt werden.
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Bei solchen Stromschienen-Anordnungen handelt es sich häufig um Gleichstromleitungen (DC-Leitungen), bei denen die eine Stromschiene als Versorgungsschiene (Hinleiter) ausgebildet ist und im Betrieb mit einem positiven Bezugspotential, beispielsweise mit einem Pluspol der Batterie verbunden ist. Die andere Stromschiene ist als eine Masseschiene (Rückleiter) ausgebildet, welche mit dem Massepotential und/oder mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist.
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Bei derartigen Hauptversorgungsleitungen (Backbone) bestehen mehrere technische Anforderungen: So können aufgrund der hohen Gleichströme starke Magnetfelder entstehen, die in ungünstigen Fällen zu hohen, unzulässigen Magnetfeldern im Fahrgastraum führen können. Dieses Problem tritt insbesondere auch bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen auf, bei denen häufig unterhalb des Karosseriebodens eine Traktionsbatterie angeordnet ist und elektrische Versorgungsleitungen im Fahrgastraum verlegt werden. Hierbei entfällt dann die ansonst vorhandene Schirmwirkung des Karosseriebodens.
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Zur Reduzierung von störenden Magnetfeldern und zur Verbesserung der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) ist es bekannt, die Stromschienen des Versorgungsleiters und des Masseleiters in Schichten übereinander zu stapeln. Eine solche gestapelte Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 220 115 B4 zu entnehmen.
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Durch die hohen Ströme ist zudem die thermische Belastung hoch und/oder es sind große Leiterquerschnitte erforderlich. Insgesamt erfordern derartige Hauptversorgungleitungen einen großen Bauraum.
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Mitunter sind auch die Herstellung und Montage derartiger Stromschienen-Anordnungen aufwändig und teuer.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Stromschienen-Anordnung insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, welche im Hinblick auf die zuvor genannten Anforderungen geeignet ausgebildet ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Stromschienen-Anordnung zur elektrischen Leistungsversorgung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Leiterschienen, nämlich insbesondere mit einer Masseschiene sowie mit einer Versorgungsschiene. Die beiden Leiterschienen sind Teil eines Laminatverbundes und in zumindest einer Laminierfolie einlaminiert. Der Laminatverbund weist dabei weiterhin zumindest einen zusätzlichen Versorgungskanal auf, welcher sich entlang der Leiterschienen erstreckt.
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Unter Laminatverbund wird vorliegend verstanden, dass die Komponenten, also die beiden Leiterschienen sowie der zusätzliche Versorgungskanal, gemeinsam von zumindest einer Laminierfolie umgeben und vorzugsweise umfangsseitig vollständig umschlossen sind und hierdurch ein Paket bilden, welches eine vorgefertigte Montagebaueinheit ist. Weiterhin ist die zumindest eine Laminierfolie durch einen Laminierprozess mit zumindest einer, vorzugsweise mit mehreren und insbesondere allen dieser genannten Komponenten verbunden. Dies bedeutet, dass die Laminierfolie mit dieser zumindest einen Komponente infolge des Laminierprozesses stoffschlüssig verbunden ist. Hierzu werden an sich bekannte Laminierprozesse eingesetzt. So wird beispielsweise die stoffschlüssige Verbindung durch eine Erwärmung der Laminierfolie beim Laminierprozess ausgebildet, sodass eine Oberfläche der Laminierfolie zunächst erwärmt und ggf. erweicht und dann zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung erhärtet (Heiß-Laminierprozess). Die Laminierfolie ist dabei geeignet ausgebildet und weist beispielsweise eine Trägerschicht sowie eine Haft- oder Kleberschicht auf, mit der eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Grundsätzlich kann die Laminierfolie lediglich aus einer geeigneten Trägerschicht bestehen. Daneben kommen auch Kalt-Laminierprozesse in Betracht, bei denen keine Erwärmung erforderlich ist.
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Bei der Laminierfolie handelt es sich allgemein um eine Kunststofffolie, welche ausreichend flexibel ist, sodass sie sich an die Geometrie der Komponenten anschmiegen und anpassen kann.
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Unter Versorgungskanal wird vorliegend allgemein ein sich entlang der Leiterschienen erstreckender Hohlraum verstanden, über den eine Versorgung von Funktionskomponenten beispielsweise mit Betriebsmittel, Verbrauchsmittel, elektrischer Leistung oder elektrischer Daten erfolgt. Bei den Funktionskomponenten handelt es sich insbesondere um elektrische (Leistungs-) Verbraucher, um elektrische Kommunikationseinheiten, um Sensoren, Aktoren (speziell für Fahrerassistenzsysteme), aber auch z. B. um mit Fluiden zu versorgenden Komponenten, wie Reinigungseinrichtungen, die mit einem Reinigungsmittel als Verbrauchsmittel versorgt werden oder auch um einen Verbrennungsmotor oder sonstige Komponenten eines Antriebs, welche mit Brennstoff oder Öl versorgt werden, oder um zu kühlende Komponenten, die mit Kühlmittel versorgt werden. Unter Fluid werden insbesondere Gase oder Flüssigkeiten verstanden.
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Bei den Leiterschienen handelt es sich insbesondere um massive Schienen aus einem Vollmaterial. Alternativ hierzu können die Leiterschienen auch aus einem beispielsweise verpressten/verlitzten Drahtverbund gebildet sein. Die Stromschienen weisen typischerweise einen rechteckförmigen Querschnitt auf, welcher beispielswiese ein Längen- zu Breiten-Verhältnis von zumindest 4:1 oder auch mehr und beispielswiese ein Verhältnis von zumindest 8:1 (z.B. bis 15:1, speziell 10:1) aufweist. Der Nennquerschnitt ist ausreichend groß dimensioniert, um die eingangs erwähnten Ströme im Betrieb betriebssicher übertragen zu können.
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Die Masseschiene ist für einen (direkten oder mittelbaren) Anschluss an ein Massepotential und/oder an einen Minuspol einer Batterie vorgesehen und im eingebauten Zustand auch daran angeschlossen. Die Versorgungsschiene ist für einen (direkten oder mittelbaren) Anschluss an einer Versorgungsspannung und insbesondere zum Anschluss an einen Pluspol einer Batterie vorgesehen und im eingebauten Zustand auch daran angeschlossen.
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Die Stromschienen-Anordnung wird insbesondere als Backbone bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt.
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Die Ausgestaltung der Leiterschienen-Anordnung als Laminatverbund mit den beiden Leiterschienen sowie dem zusätzlichen integrierten Versorgungskanal ermöglicht die zusätzliche Integration eines weiteren Versorgungsstrangs bei insgesamt kompakten Aufbau. Gleichzeitig ist die Herstellung und insbesondere auch der Montageaufwand gering gehalten, da für diesen zusätzlichen Versorgungsstrang kein zusätzlicher Montageaufwand erforderlich ist und dieser vielmehr zusammen mit den Leiterschienen als Paket und Montagebaueinheit verlegt wird. Speziell wird durch die Laminierfolie auch eine Möglichkeit für eine einfache Befestigung der Stromschienen-Anordnung an einem Trägerbauteil, beispielsweise ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs geschaffen.
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Weitere Vorteile des Laminatverbunds sind darin zu sehen, dass über die Laminierfolie eine Isolierung erfolgt, so dass ggf. auf zusätzliche Isoliermaßnahmen zumindest teilweise verzichtet werden kann. Auch besteht die Möglichkeit, über die Laminierfolie Befestigungsmöglichkeiten für den Laminatverbund bereitzustellen.
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Die Stromschienen-Anordnung ist im montierten Zustand Teil eines Kraftfahrzeuges, speziell eines Personenkraftwagens. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest eine Versorgungskanal als ein Fluidkanal für ein Fluid ausgebildet oder weist einen solchen auf. Bei dem Fluidkanal handelt es sich insbesondere um einen Strömungskanal, welcher also im angeschlossenen Zustand endseitig über Anschlusskomponenten mit einer zu versorgenden Funktionskomponente verbunden und / oder in einen Kreislauf integriert ist. Der Fluidkanal ist im Betrieb von dem Fluid durchströmbar. Das Fluid wird insbesondere im Kreislauf geführt. Es ist eine Flüssigkeit oder ein Gas und ist nicht zum dauerhaften Verbleib im Kanal vorgesehen, wie dies z.B. bei Klebstoff der Fall ist. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere nicht um Klebstoff.
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Hierdurch wird zum einen in kompakter Weise entlang der Leiterschienen-Anordnung eine Fluidversorgung einer Funktionskomponente bereitgestellt. Der Fluidkanal kann dabei auch als ein Medienkanal bezeichnet werden. Der Versorgungskanal ist beispielsweise selbst als der Fluidkanal ausgebildet, dessen Hohlraum unmittelbar von dem Fluid durchströmt wird. Alternativ ist in den Versorgungskanal als separates Element ein zusätzlicher Fluidkanal, beispielsweise ein flexibler Schlauch eingelegt.
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Der Versorgungskanal und damit der Fluidkanal ist vorzugsweise unmittelbar angrenzend zu einer der beiden Leiterschienen angeordnet. Allgemein wird hierdurch ein thermischer Ausgleich zwischen dem Fluid und zumindest einer der Leiterschienen erreicht, d. h. es findet im Betrieb ein Wärmeübergang zwischen der zumindest einen Leiterschiene und dem Fluid statt. In der Regel erfolgt hierbei eine Erwärmung des Fluids bzw. eine Kühlung der Leiterschienen. Hierdurch wird einer thermischen Überlastung der Leiterschienen vorgebeugt bzw. durch die Kühlung der Leiterschienen ist deren Temperatur und damit deren Widerstand im Betrieb verringert im Vergleich zu einer ungekühlten Variante. Dies kann insbesondere auch dahingehend ausgenutzt werden, dass ein Querschnitt der Leiterschienen geringer ausgelegt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Fluidkanal für die Aufnahme von Reinigungsflüssigkeit und für den Anschluss an einen entsprechenden Vorratsbehälter ausgebildet und wird im Betrieb von der Reinigungsflüssigkeit durchströmt, die durch die Abwärme der Leiterschienen erwärmt wird. Die Reinigungsflüssigkeit dient zum Reinigung z. B. von Scheiben (Windschutzscheibe, Scheinwerfer) und insbesondere auch von Sensoren. Speziell handelt es sich um optische Sensoren und / oder um sogenannte ADAS-Sensoren für ein Fahrerassistenzsystem. Durch die Erwärmung wird die Reinigungswirkung erhöht.
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Neben der Ausgestaltung des Versorgungskanals als Fluidkanal wird der zumindest eine Versorgungskanal alternativ als Kanal zur Verlegung eines anderen Versorgungsstrangs, speziell eines elektrischen Leitungselements, wie eine Versorgungsleitung oder Datenleitung herangezogen.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung weist der Laminatverbund zumindest einen seitlich neben den Leiterschienen angeordneten Befestigungsflansch auf, der sich insbesondere über die gesamte Länge und entlang der Leiterschienen erstreckt. Dieser Befestigungsflansch ist durch die zumindest eine Laminierfolie ausgebildet. Die Laminierfolie kragt seitlich ab, sodass eine abstehende Lasche ausgebildet ist. Über diese ist eine einfache Montage ermöglicht. Bevorzugt sind beidseitig Befestigungsflansche durch die zumindest eine Laminierfolie ausgebildet.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung sind in diesem Befestigungsflansch Befestigungsöffnungen ausgebildet, die im montierten Zustand dann beispielsweise von Befestigungselementen wie Klipse, Schrauben, Zapfen usw. durchdrungen sind. Bei den Befestigungsöffnungen handelt es sich insbesondere um Längsschlitze oder Langlöcher. Diese werden bei der Herstellung des Laminatverbundes typischerweise nach dem Laminierprozess eingebracht, beispielsweise eingestanzt oder auch eingeschnitten (mechanisch/mit Laser).
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In bevorzugter Ausgestaltung weist der Laminatverbund mehrere Laminierfolien auf, die jeweils einen seitlichen Flansch ausbilden, wobei die Flansche der zumindest zwei Laminierfolien übereinander angeordnet sind zur Ausbildung des Befestigungsflansches. Im Bereich der Befestigungsflansche sind typischerweise nur die Laminierfolien vorhanden. Durch die zumindest zweilagige Ausgestaltung ist der Befestigungsflansch versteift, sodass eine zuverlässige Befestigung ermöglicht ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung bildet die zumindest eine Laminierfolie eine Isolierung für zumindest eine der Leiterschienen aus. Zumindest eine der Leiterschienen liegt hierbei mit ihrem blanken Leitermaterial unmittelbar an der Laminierfolie an. Eine blanke Leiterschiene, bei der die Laminierfolie direkt am blanken Leitermaterial anliegt, wird nachfolgend auch als unisolierte Leiterschiene bezeichnet, da sie keinen eigenen, zusätzlichen Isoliermantel aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist daher bei zumindest einer der Leiterschienen auf einen eigenen, separaten Isolationsmantel verzichtet. In bevorzugter Ausgestaltung sind beide Leiterschienen jeweils als unisolierte Leiterschienen ausgebildet, bei denen die zumindest eine Laminierfolie die Isolierung bildet.
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Der beschriebene Laminatverbund kann grundsätzlich verschiedene Ausgestaltungen aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten ersten Ausgestaltung weist der Laminatverbund ein Kanalelement nach Art eines Kabelkanals auf, welches in den Laminatverbund einlaminiert ist und welches mehrere Kammern zur Ausbildung eines jeweiligen Versorgungskanals aufweist. Das Kanalelement besteht typischerweise aus Kunststoff und ist insgesamt ebenfalls nach Art einer Schiene oder eines Profils ausgebildet, das sich entlang der Leiterschienen erstreckt. Durch die Ausgestaltung mit den mehreren Kammern sind eine Vielzahl von Versorgungskanälen ausgebildet, in die jeweils vorzugsweise genau eine Versorgungskomponente eingelegt werden kann. Alternativ oder ergänzend zu dem zuvor beschriebenen Fluidkanal werden in die Kammern beispielsweise elektrische Versorgungsleitungen, elektrische oder optische Datenleitungen oder auch sonstige Leitungen als Versorgungsstränge eingelegt. Bevorzugt werden diese Versorgungsstränge in die Kammern vor dem Laminierprozess eingelegt oder in diese nach dem Laminierprozess eingefädelt. Sie liegen in den Kammern typischerweise lose ein.
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Das Kanalelement weist im Querschnitt betrachtet vorzugsweise einen Boden auf, von dem mehrere Trennstege abstehen, zwischen denen die einzelnen Kammern als Längskanäle ausgebildet sind. Die einzelnen Kammern des Kanalelements sind nach oben vorzugsweise offen und beispielsweise lediglich durch die zumindest eine Laminierfolie oder eine der Leiterschienen überdeckt.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind die Leiterschienen sowie das Kanalelement aufeinander gestapelt. Speziell liegt das Kanalelement auf einer der Leiterschienen auf, und zwar insbesondere mit seinem Boden, so dass die Trennstege auf der den Leiterschienen abgewandten Seite abstehen.
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Bevorzugt weist - im Querschnitt gesehen - das Kanalelement die gleiche Breite wie eine jeweilige Leiterschiene auf. Die beiden Leiterschienen weisen allgemein vorzugsweise die gleiche Breite auf.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung sind in den mehreren Versorgungskanälen unterschiedliche Arten von Versorgungssträngen angeordnet. In jedem Versorgungskanal ist dabei insbesondere genau ein Versorgungsstrang eingelegt. Sofern von unterschiedlichen Arten von Versorgungssträngen gesprochen wird, so wird hierunter zunächst verstanden, dass sie sich im Hinblick auf ihren Typ unterscheiden und beispielsweise als Fluidleitung, als elektrische Leitung (Versorgungsleitung als auch Daten- oder Steuerleitung) oder auch als optische Leitung usw. ausgebildet sind. Ergänzend wird in bevorzugter Ausgestaltung unter unterschiedliche Arten darüber hinaus verstanden, dass innerhalb eines Typs unterschiedliche Arten, also Untertypen der Versorgungsstränge einliegen. Speziell liegen unterschiedliche elektrische Versorgungsleitungen ein, die sich beispielsweise im Hinblick auf ihre Spannungsebene unterscheiden, die als Versorgungsleitungen zur elektrischen Leistungsversorgung oder lediglich als Datenleitungen oder Steuerleitungen ausgebildet sind usw.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der Versorgungsstränge als elektrische Leitungen ausgebildet, die keinen Isolationsmantel aufweisen. D. h. es liegt in dem Versorgungskanal ein blanker Leiter oder Leiterverbund ein. Die erforderliche elektrische Isolierung wird über das Kanalelement, insbesondere auch im Verbund mit der Laminierfolie übernommen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die beiden Leiterschienen einen Teilverbund und sind in einer ersten Laminierfolie einlaminiert. Das Kanalelement ist auf diesen Teilverbund aufgesetzt und ist mittels einer zweiten Laminierfolie mit dem Teilverbund verbunden. Das Kanalelement ist daher zwischen der zweiten Laminierfolie und dem Teilverbund einlaminiert. Hierdurch ist eine gestufte Fertigung erreicht und zugleich eine einfache Integration des Kanalelements in den gesamten Verbund.
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Speziell ist vorgesehen, dass das Kanalelement mit den darin einliegenden Versorgungsleitungen zunächst vorgefertigt wird, wobei hierzu die einzelnen Versorgungsleitungen in die einzelnen (Längs-) Kammern eingelegt, beispielsweise eingeclipst werden, sodass sie gegen ein Herausfallen gesichert sind. Dieses vorkonfektionierte Kanalelement wird anschließend von der zweiten Laminierfolie zur Ausbildung des gesamten Laminatverbunds mit dem Teilverbund einlaminiert.
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Bevorzugt weisen die beiden Laminierfolien unterschiedliche Materialeigenschaften auf. Speziell ist die eine Laminierfolie, insbesondere die für den Teilverbund mit besseren elektrischen Isoliereigenschaften (im Vergleich mit der anderen Laminierfolie) versehen. Wohingegen die andere Laminierfolie bessere mechanische Eigenschaften (insbesondere steifer) aufweist.
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Durch die hohe mechanische Steifigkeit ist die Stromschienen-Anordnung insbesondere auch für eine automatisierte Befestigung geeignet.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die eine Leiterschiene als Masseschiene vorgesehen und zwischen dem Kanalelement und der Versorgungsschiene angeordnet. Diese Ausgestaltung beruht zunächst auf der Überlegung, dass im Betrieb durch die unmittelbar benachbarte Anordnung der beiden Leiterschienen elektromagnetische Störfelder sich weitgehend gegenseitig auslöschen. Oberhalb der beiden Leiterschienen und speziell oberhalb der Masseschiene liegt daher ein weitgehend feldfreier Raum vor. Dies wird nunmehr dahingehend ausgenutzt, dass in diesem zumindest weitgehend feldfreien Raum das Kanalelement angeordnet wird, in dem vorzugsweise elektrische Leitungen, speziell Datenleitungen geführt sind.
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Im Betrieb fließt typischerweise über die Masseschiene ein etwas geringerer Strom als über die Versorgungsschiene, da ein Teil des Rückleiters häufig von der Karosserie des Kraftfahrzeugs gebildet ist, sodass ein Stromteiler ausgebildet ist und der Strom sich auf die Masseschiene und Karosserie aufteilt. Ein großer Teil fließt über die Masseschiene und ein kleinerer Teil über die Karosserie ab.
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Durch die hier beschriebene Geometrie wird also oberhalb der Masseschiene ein Bereich mit geringen elektromagnetischen Störungen geschaffen, da sich diese wechselseitig auslöschen. Da über der Masseschiene wie erwähnt ein etwas geringerer Strom als über die Versorgungsschiene fließt, entsteht eine Asymmetrie in den elektromagnetischen Feldern, wodurch direkt oberhalb der Masseschiene ein Bereich geschaffen wird der relativ feldarm im Vergleich zur Umgebung ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist einer der beiden Leiterschienen, speziell die in der Mitte angeordnete Leiterschiene, als eine unisolierte Leiterschiene ausgebildet. Die zweite Leiterschiene ist demgegenüber vorzugsweise mit einem Isolationsmantel versehen.
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Aufgrund der speziellen Anordnungen, die zu einem weitgehend störfeldfreien Raum in der unmittelbaren Nachbarschaft der Leiterschienen führt, kann und wird vorzugsweise allgemein bei dem Laminatverbund auf eine zusätzliche Schirmung verzichtet. Speziell weisen beispielsweise die im Kanalelement angeordneten elektrischen Leitungen keine Schirmung auf.
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Gemäß einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung, die auch mit der ersten Ausgestaltung kombiniert werden kann, liegen die beiden Leiterschienen aufeinander auf und schließen zwischen sich einen Hohlraum ein, welcher den zumindest einen Versorgungskanal ausbildet. Hierdurch ist eine besonders kompakte Ausgestaltung erzielt, da der Versorgungskanal sandwichartig zwischen den beiden Leiterschienen ausgebildet ist.
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Zweckdienlicherweise bildet zumindest eine der Leiterschienen eine zur Seite hin offene Nut aus, die im Verbund mit der weiteren Leiterschiene den Hohlraum ausbildet. Bevorzugt weisen beide Leiterschienen jeweils eine zu einer Seite hin offene Nut auf, wobei im zusammengefügten Zustand die beiden Nuten aufeinander zugewandt sind und dadurch den Hohlraum ausbilden. Die jeweilige Leiterschiene ist daher als eine konturierte und gerade nicht flache Schiene ausgebildet. Eine jede Leiterschiene bildet durch die Nut einen Teilhohlraum aus, die gemeinsam den Hohlraum ausbilden.
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Speziell ist die Leiterschiene im Bereich der Nut im Querschnitt betrachtet bogenförmig ausgebildet.
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In bevorzugter Weiterbildung weist die zumindest eine Leiterschiene mehrere Nuten zur Ausbildung von mehreren Versorgungskanälen auf. Die mehreren Nuten schließen sich daher seitlich nebeneinander an und die Leiterschiene ist also entsprechend mit mehreren Längskanälen versehen. Durch diese Ausgestaltung wird speziell bei der Integration in einem Kreislauf der Vorteil erzielt, dass sowohl ein Vorlauf als auch ein Rücklauf unmittelbar in den Laminatverbund integriert ist.
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Im Querschnitt betrachtet weist die Leiterschiene bei dieser Ausgestaltung mit den zumindest zwei Hohlräumen bevorzugt mehrere nebeneinander angeordnete Bögen auf.
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In bevorzugter Variante weist jede der Leiterschienen zwei nebeneinander angeordnete Halbnuten auf, wobei die Halbnuten der beiden Leiterschienen einander zugewandt sind und jeweils einen Versorgungskanal ausbilden.
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Hervorzuheben ist, dass der Versorgungskanal nicht innerhalb einer jeweiligen Leiterschiene ausgebildet ist, sondern lediglich durch diese begrenzt ist. Eine jeweilige Außenseite der Leiterschienen bildet daher eine Kanalwand aus.
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Der ausgebildete Hohlraum weist bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt auf.
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Es handelt sich jeweils insbesondere um einen freien Hohlraum für ein Fluid, in dem also kein Leitungsstrang, Kabel oder sonstige (feste) Komponente einliegt.
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Die Leiterschienen weisen seitlich neben einer jeweiligen Nut vorzugsweise keinen randseitigen Flansch auf. Die beiden Leiterschienen liegen daher mit ihren randseitigen Stirnseiten aufeinander auf.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist eine jeweilige Leiterschiene jeweils in einer Laminierfolie einlaminiert. Eine jeweilige Leiterschiene bildet daher zusammen mit der Laminierfolie einen Teilverbund. Bevorzugt handelt sich bei beiden Leiterschienen um unisolierte Leiterschienen, sodass also die Laminierfolie quasi einen Isoliermantel für eine jeweilige Leiterschiene bildet.
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Unter einlaminiert wird hierbei verstanden, dass die Laminierfolie zumindest an einem Teil des Umfangs unmittelbar an der insbesondere blanken Leiterschiene anliegt.
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Bevorzugt umgibt zumindest die eine Laminierfolie eine der Leiterschienen in Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig, liegt daher über den gesamten Umfang an der jeweiligen Leiterschiene an. Beispielsweise liegt auch die andere Laminierfolie an der anderen Leiterschiene in Umfangsrichtung vollständig an.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist lediglich eine der Leiterschienen vollumfänglich von der ihr zugeordneten Laminierfolie umgeben. Die andere Leiterschiene liegt auf dieser als insbesondere blanke Leiterschiene auf. Dieser Aufbau ist dann von der weiteren Laminierfolie zumindest teilweise oder auch über den gesamten Umfang umgeben. Diese weitere Laminierfolie weist bevorzugt den nachfolgend beschriebenen Befestigungsflansch auf oder bildet diesen zumindest zum Teil mit aus.
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Die Laminierfolien stehen wiederum vorzugsweise seitlich über und bilden einen randseitigen Flansch aus. Bevorzugt weist ein jeweiliger Teilverbund jeweils beidseitig einen randseitigen Flansch auf. Die beiden Teilverbünde und damit die beiden Laminierfolie liegen aufeinander auf und sind vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Sie bilden einen Befestigungsflansch aus, mit dem der Laminatverbund an ein Trägerbauteil befestigt werden kann. Der Befestigungsflansch weist wiederum bevorzugt Schlitze oder Langlöcher auf.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung liegt innerhalb des Versorgungskanals ein Fluidkanal als separates Element beispielsweise in Form eines Schlauches ein. Dieser kann bei der Montage nachträglich eingeschoben werden oder wird eingelegt, bevor die beiden Teilverbundene zu dem Laminatverbund zusammengefügt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in vereinfachten Darstellungen
- 1 eine Querschnitts-Darstellung einer Stromschienen-Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Stromschienen-Anordnung gemäß 1,
- 3 eine Querschnitts-Darstellung einer Stromschienen-Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante sowie
- 4 eine Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer Stromschienen-Anordnung.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 bis 3 zeigen jeweils Stromschienen-Anordnungen 2, welche jeweils zwei Leiterschienen 4 aufweisen, nämlich eine Versorgungsschiene 4A sowie eine Masseschiene 4B. Die Leiterschienen 4 sind in den Ausführungsbeispielen jeweils als massive Leiterschienen aus einem blanken Vollmaterial wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet. Die gesamte Stromschienen-Anordnung 2 erstreckt sich jeweils in einer Längsrichtung 6. Die Stromschienenanordnung 2 weist weiterhin zumindest einen Versorgungskanal 8 sowie zumindest eine Laminierfolie 10 auf. Im Ausführungsbeispiel weist die Stromschienen-Anordnung 2 mehrere, insbesondere zwei Laminierfolien 10A, 10B auf. Die einzelnen Komponenten, nämlich die Leiterschienen 4, der zumindest eine Versorgungskanal 8 sowie die zumindest eine Laminierfolie 10 bilden insgesamt einen Laminatverbund 12 aus. Dieser bildet eine vorgefertigte Montage-Baueinheit, die an ein Trägerbauteil, beispielsweise einem Karosserieboden, montiert werden kann. Die beiden Leiterschienen 4 sind jeweils quer zur Längsrichtung 6 übereinander angeordnet.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 1 und 2 sind die beiden Leiterschienen 10 als flache Leiterschienen 10 mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet, welcher sich insbesondere über ihre gesamte Länge erstreckt. Die beiden Leiterschienen 10 sind übereinander gestapelt und liegen mit ihren Flachseiten direkt aneinander an. Zusätzlich umfasst der Laminatverbund 12 ein Kanalelement 14, welches sich parallel zu den Leiterschienen 10 und damit auch in Längsrichtung 6 erstreckt. Das Kanalelement 14 ist insbesondere als ein Profilelement speziell aus Kunststoff ausgebildet. Dieses weist einen (flachen) Boden 16 auf, welcher auf der oberen der beiden Leiterschienen 4, speziell auf der Masseschiene 4B insbesondere unmittelbar aufliegt. Vom Boden 16 erstrecken sich mehrere Trennstege 18 in einer Vertikalrichtung senkrecht zur Längsrichtung 6. Zwischen benachbarten Trennstegen 18 ist jeweils eine sich in Längsrichtung erstreckende Kammer nach Art eines Längskanals als Versorgungskanal 8 ausgebildet. In einem jeweiligen Versorgungskanal 8 liegt jeweils ein Versorgungsstrang 20 ein. Bevorzugt liegen in den verschiedenen Versorgungskanälen 8 unterschiedliche Arten von Versorgungssträngen 20 ein. Neben elektrischen Versorgungsleitungen oder Datenleitungen ist insbesondere auch zumindest ein Fluidkanal 22 als Versorgungsstrang 20, beispielsweise in Form eines Schlauches eingelegt.
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Im Ausführungsbeispiel bilden die beiden Leiterschienen 4 zusammen mit einer ersten Laminierfolie 10A einen Teilverbund 24 aus. Bei diesem sind (lediglich) die beiden Leiterschienen 4 in der ersten Laminierfolie 10A einlaminiert.
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Im Ausführungsbeispiel ist die eine der beiden Leiterschienen 4, insbesondere die Masseschiene 4B als eine blanke, unisolierte Leiterschiene 4B ausgebildet, die also keinen eigenen Isolationsmantel aufweist. Die erste Laminierfolie 10A bildet daher eine Isolierung (die einzige) für die Masseschiene 4B. Demgegenüber ist die andere Leiterschiene 4, insbesondere Versorgungsschiene 4A als eine isolierte Leiterschiene 4A ausgebildet, welche also einen eigenen Isolationsmantel 26 aufweist, welcher das blanke Leitermaterial umfangsseitig umgibt.
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Bei der Herstellung wird zunächst der Teilverbund 24 bereitgestellt, anschließend wird das Kanalelement 14 aufgelegt, welches bevorzugt bereits mit den einzelnen Versorgungssträngen 20 bestückt ist. Diese werden beispielsweise durch Klipse oder eine sonstige Weise in den Versorgungskanälen 8 gehalten, die vorzugsweise jeweils nach oben offen sind. Anschließend wird durch das Aufbringen der zweiten Laminierfolie 10B das Kanalelement 14 mit dem Teilverbund 24 bei einem Laminierprozess miteinander verbunden. Hierzu wird die zweite Laminierfolie 10B unter Einschluss des Kanalelements 14 auf den Teilverbund 24 auflaminiert.
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Eine jeweilige Laminierfolie 10A, 10B steht randseitig seitlich ab und bildet einen Flansch aus, welcher sich über die gesamte Länge der Stromschienen-Anordnung 2 erstreckt. Die beiden Flansche der beiden Laminierfolien 10A, 10B liegen unmittelbar übereinander und sind miteinander stoffschlüssig verbunden und bilden einen Befestigungsflansch 28 aus. In diesem sind Ausnehmungen 30 insbesondere in Form von Langlöchern wiederkehrend eingebracht, über die eine Befestigung am Trägerbauteil erfolgen kann.
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Hervorzuheben ist, dass durch die gestapelte Anordnung der beiden Leiterschienen 4 der Raum oberhalb der beiden Leiterschienen 4 zumindest weitgehend feldfrei ist, sodass sich dieser Bereich sehr gut für die Aufnahme von weiteren Versorgungssträngen 20, insbesondere von elektrischen Leitungen, speziell Datenleitungen herangezogen werden kann. Auf zusätzliche Schirmelemente speziell auch bei den Datenleitungen ist vorzugsweise verzichtet. Alternativ können die Datenleitungen eine individuelle Schirmung aufweisen. Zumindest auf ein Schirmelement zwischen den Leiterschienen 4 und dem Kanalelement 14 ist verzichtet.
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Dieser Aufbau gemäß den 1 und 2 zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass mehrere unterschiedliche Leitertypen und vorzugsweise ergänzt um zumindest eine Fluidleitung 22 simultan im Laminatverbund 12 verbaut sind. Hierbei handelt es sich - ergänzend zu den Leiterschienen 4 - insbesondere neben 12V / 48V Versorgungsleitungen auch um Daten- oder Busleitungen. Als Fluidleitungen werden beispielsweise Kühlleitungen, Leitungen für Bremsflüssigkeit, für Druckluft oder für Treibsoff usw. angeordnet.
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Die beiden Leiterschienen 4A, 4B bilden einen Backbone aus, beispielswiese in einem 12V- oder auch in einem 48V-Bordnetz oder auch für höhere Bordnetzspannungen.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 3 sind zwei Fluidkanäle 22 zwischen den beiden Leiterschienen 4A, 4B ausgebildet. Eine jeweilige Leiterschiene 4A, 4B weist hierbei zwei Halbnuten auf, die jeweils einen Teilhohlraum ausbilden. Die Halbnuten der beiden Leiterschienen 4A, 4B sind einander zugewandt und bilden einen gemeinsamen Hohlraum aus, welcher jeweils den Versorgungskanal 8 ausbildet. Der Hohlraum ist im Querschnitt betrachtet insbesondere kreisrund ausgebildet. In einem jeden dieser Versorgungskanäle 8 liegt als Fluidkanal 22 ein separater Versorgungsstrang 20 beispielsweise in Form eines Schlauches ein. Der Versorgungsstrang 20 füllt dabei jeweils den durch den Hohlraum gebildeten Versorgungskanal 8 vollständig aus
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Die Leiterschienen 4A, 4B sind im Querschnitt betrachtet jeweils nach Art eines Doppelbogens ausgebildet, wobei die randseitigen Stirnflächen der beiden Leiterschienen 4A, 4B jeweils aufeinander zu gewandt sind und sich bevorzugt wechselseitig aneinander abstützen.
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Eine jede Leiterschiene 4A, 4B ist jeweils von einer Laminierfolie 10A, 10B umgeben und quasi in dieser einlaminiert. Bei den Leiterschienen 4A, 4B handelt es sich um blanke, unisolierte Leiterschienen 4A, 4B. Eine jeweilige Leiterschiene 4A, 4B bildet daher mit ihrer Laminierfolie 10A, 10B jeweils einen Teilverbund aus, wobei die beiden Teilverbünde den Laminatverbund 12 ausbilden.
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Auch bei dieser Ausführungsvariante kragen randseitig jeweils Flansche ab, die im zusammengefügten Zustand aufeinander aufliegen und insbesondere stoffschlüssig beispielsweise durch einen Laminierprozess miteinander verbunden sind und ebenfalls einen Befestigungsflansch 28 ausbilden.
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Die Laminierfolien 10A, 10B können - wie auch bei der ersten Variante - unterschiedlich sein und für unterschiedliche Eigenschaften (elektrische Isolation / mechanische Steifigkeit) optimiert sein. Bevorzugt sind sie im Ausführungsbeispiel der 3 jedoch identisch.
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In der 4 ist beispielhaft die Anwendung der Stromschienen-Anordnung 2 als Backbone in einem Kraftfahrzeug 34 dargestellt, bei dem es sich um ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug handeln kann. Die Stromschienen-Anordnung 2 erstreckt sich typischerweise von einem vorderen Fahrzeugteil in einen rückwärtigen Fahrzeugteil. Die Länge der Stromschienen-Anordnung ist typischerweise größer 1 m, vorzugsweise größer 1,5 m oder auch größer 2 m. Sie ist zur Übertragung von hohen Strömen von zumindest mehreren 10A, typischerweise von mehr als 100A ausgebildet. Die Stromschienen-Anordnung 2 verbindet zwei elektrische Komponenten, im Ausführungsbeispiel einen DC/DC-Wandler 36 oder alternativ eine Batterie mit einem Leistungsverteiler 38. Die Stromschienen-Anordnung 2 ist beispielsweise auf einem Batteriedeckel als Karosseriebauteil 40 verlegt. Der Batteriedeckel ist Teil einer hier nicht weiter dargestellten Traktionsbatterie. Der Batteriedeckel bildet zugleich einen Unterboden einer hier nicht näher dargestellten Fahrgastzelle aus.
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An zumindest einer Endseite weist die Stromschienen-Anordnung 2 jeweils Leitungsstücke als elektrische Anschlussterminals 42 auf, die die Stromschienen-Anordnung 2, nämlich den Versorgungsleiter 4A sowie den Masseleiter 4B mit geeigneten Kontaktanschlüssen des Wandlers 36 (oder mit anderen elektrischen Komponenten, auch Batterie) verbindet. Daneben sind im Ausführungsbeispiel Fluidanschlüsse 44 ausgebildet, über die ein Fluidkanal 22 der Stromschienen-Anordnung 2 angeschlossen ist. Beispielsweise ist eine Fluidversorgung einer Reinigungseinrichtung 46 ausgebildet, die über den Fluidkanal mit einem Vorratsbehälter 48 verbunden ist. Bei der Reinigungseinrichtung 46 handelt sich beispielsweise um eine Reinigungseinrichtung für die Windschutzscheibe, für Scheinwerfer oder auch für Sensoren.
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Im Leistungsverteiler 38 sind die Leiterschienen 4 typischerweise an einem Stromverteiler 50 angeschlossen. Von diesem gehen mehrere jeweils über Sicherungselemente abgesicherte Versorgungsstränge ab, um hier nicht näher dargestellte Verbraucher mit Energie zu versorgen.
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Allgemein sind die einzelnen Versorgungsstränge 20 der Stromschienen-Anordnung 2 endseitig mit Anschlussterminals verbunden, bei denen es sich beispielsweise um elektrische Anschlussterminals oder auch um Fluidanschlüsse handelt. Beispielsweise handelt sich hierbei jeweils um Steckverbinder, bei denen dann Anschlussleitungen weitergeführt werden können. Alternativ können die einzelnen Komponenten der Stromschienen-Anordnung 2 auch direkt an eine jeweilige Funktionskomponente angeschlossen sein. Hierzu sind beispielsweise die Versorgungsstränge aus den Laminatverbund 12 heraus weitergeführt und zu den zu versorgenden Funktionskomponenten geführt.
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Der gesamte Stromschienenanordnung 2 ist an einem Träger des Kraftfahrzeugs 34 befestigt, und zwar insbesondere über den zu den vorhergehenden Figuren beschriebenen Befestigungsflansch 28. Aufgrund der hohen Steifigkeit ist insbesondere eine automatisierte Befestigung ermöglicht und auch vorgesehen.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Stromschienen-Anordnung
- 4
- Leiterschiene
- 4A
- Versorgungsschiene
- 4B
- Masseschiene
- 6
- Längsrichtung
- 8
- Versorgungskanal
- 10
- Laminierfolie
- 10A
- erste Laminierfolien
- 10B
- zweite Laminierfolie
- 12
- Laminatverbund
- 14
- Kanalelement
- 16
- Boden
- 18
- Trennstege
- 20
- Versorgungsstrang
- 22
- Fluidkanal
- 24
- Teilverbund
- 26
- Isolationsmantel
- 28
- Befestigungsflansch
- 30
- Ausnehmungen
- 34
- Kraftahrzeug
- 36
- Wandler
- 38
- Leistungsverteiler
- 40
- Karosseriebauteil
- 42
- Anschlussterminal
- 44
- Fluidanschluss
- 46
- Reinigungseinrichtung
- 48
- Vorratsbehälter
- 50
- Stromverteiler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015220115 B4 [0005]
