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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bekannte Leistungselektronikanordnungen weisen ein Leistungselektronik-Gehäuse und darin aufgenommene Elektronikbauteile, insbesondere Leistungsbauteile auf. Ferner ist in der Regel eine Anschlussvorrichtung mit elektrischen Anschlüssen, die zum Anschluss mehrerer Hochvoltkabel an die Elektronikbauteile oder von Teilen hiervon vorgesehen sind, vorhanden. Die Hochvoltkabel können zum einen an einem Stecker mittels eines Kabelschuhs elektrisch mit den entsprechenden Elektronikbauteilen verbunden sein, und zum anderen beispielsweise mittels einer PG-Verschraubung mit der Anschlussvorrichtung verbunden sein.
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Aus der
DE 10 2007 024 567 A1 ist beispielsweise eine Leistungselektronikanordnung für eine Hochvolt-Bordnetzarchitektur für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug bekannt, welche zwei DC/DC-Wandler und ein Gehäuse aufweist. An einer Seitenwand des Gehäuses, nämlich an einem rückwärtigen Ende desselben, sind mehrere Ausgänge oder Anschlüsse für einen Anschluss an einen elektrischen Energiespeicher und an eine Brennstoffzelleneinheit angeordnet.
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Ferner ist aus der
WO 2008/011959 A1 eine Leistungselektronikanordnung bekannt, welche als ein Modul aufgebaut ist. Auch diese Anordnung weist mehrere Ausgänge für Hochvoltkabel auf.
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Dadurch, dass die Hochvoltkabel in beliebige Richtungen aus den Gehäuseseitenwänden ausgeführt werden, kann es dazu kommen, dass die Kabel gebogen werden müssen und aufgrund ihrer starren und starken Isolierung einen sehr großen Biegeradius haben und damit einen sehr großen Bauraum benötigen, welcher zum für die Leistungselektronikanordnung benötigten Bauraum hinzutritt. Der real benötigte Bauraum ist damit deutlich größer (ungefähr zweimal so groß) als der alleine durch die Leistungselektronikanordnung benötigte Bauraum. Dies führt auch dazu, dass Stecker, welche die Verbindung der Hochvoltkabel mit den elektronischen Bauteilen der Leistungselektronikanordnung herstellen, höheren Kräften ausgesetzt sind und sich aufgrund von im Fahrzeug auftretenden Vibrationen leichter aus ihrem Sitz lösen können. Deshalb finden beim Stand der Technik oftmals kompliziert aufgebaute Stecker, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2008 030 337 A1 bekannt sind, Verwendung.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leistungselektronikanordnung anzugeben, die derart ausgebildet ist, dass sie zusammen mit ihrer Peripherie (Hochvoltkabel etc.) einen geringen Bauraum einnimmt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leistungselektronikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Leistungselektronikanordnung mit einem Leistungselektronik-Gehäuse und darin aufgenommenen Elektronikbauteilen, insbesondere Leistungsbauteilen, sowie einer Anschlussvorrichtung mit auf dem Leistungselektronik-Gehäuse angeordneten elektrischen Anschlüssen, die zum Anschluss mehrerer Hochvoltkabel an die Elektronikbauteile oder von Teilen hiervon vorgesehen sind, wobei seitens der auf dem Leistungselektronik-Gehäuse angeordneten elektrischen Anschlüsse der Anschlussvorrichtung eine gemeinsame Längserstreckung zusammen mit den anzuschließenden Hochvoltkabeln ermöglicht ist, derart, dass sich diese insbesondere abstützbar von den elektrischen Anschlüssen über wenigstens Teile des Leistungselektronik-Gehäuses alle in derselben Längserstreckungsrichtung hinwegerstrecken können.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung zur Abstützung und/oder Befestigung der anzuschließenden Hochvoltkabel vorgesehen. Die Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung ist insbesondere an dem Leistungselektronik-Gehäuse angeordnet. Die Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung ist in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung insbesondere beabstandet von den Anschlussbuchsen angeordnet. Derart kann eine möglichst stabile Befestigung über eine möglichst große Länge der Hochvoltkabel erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung derart ausgebildet, dass die anzuschließenden Hochvoltkabel in der Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung unbeweglich befestigbar, insbesondere klemmbar sind.
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Vorgeschlagen wird weiterhin erfindungsgemäß, dass die Anschlussvorrichtung auf einer Kühlplatte der Leistungselektronikanordnung angeordnet ist.
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Vorgeschlagen wird ebenfalls, dass die Anschlussvorrichtung weiterhin Kühlwasseranschlüsse aufweist, welche sich in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung erstrecken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Anschlussvorrichtung eine Grundplatte auf, die auf dem Leistungselektronik-Gehäuse angeordnet ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Anschlussvorrichtung ein Anschlussvorrichtungs-Gehäuse aufweist, in dem die elektrischen Anschlüsse, die zum Anschluss der Hochvoltkabel an die Elektronikbauteile oder von Teilen hiervon vorgesehen sind, angeordnet sind, wobei das Anschlussvorrichtungs-Gehäuse auf einer dem Leistungselektronik-Gehäuse zugewandten Seite durch die Grundplatte begrenzt, insbesondere gebildet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Kühlwasseranschlüsse an der Grundplatte angeordnet und insbesondere integral mit dieser ausgebildet.
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Ebenfalls gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung ein Wellenprofil auf, das zur Aufnahme der anzuschließenden Hochvoltkabel vorgesehen ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Wellenprofil an der Grundplatte angeordnet, insbesondere befestigt oder mit dieser integral ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung ein Abstütz- oder Befestigungselement auf, welches an dem Wellenprofil befestigbar ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine skizzenhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung;
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2 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung, in der eine Anschlussvorrichtung offen dargestellt ist;
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3 eine weitere perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung, in der die Anschlussvorrichtung geschlossen ist; und
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4 eine skizzenhafte Darstellung eines Wellenprofils, das Bestandteil einer Abstütz- oder Befestigungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung ist.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie aus der Skizze in 1, insbesondere aber aus den Darstellungen in den 2 und 3 ersichtlich ist, weist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1, welche z. B. zur Umformung elektrischer Energie sowie zur Schaltung und Steuerung in einem Kraftfahrzeug, z. B. zur Speisung einer Drehstrommaschine und zur Rückspeisung von Energie in einen Energiespeicher vorgesehen ist, ein Leistungselektronik-Gehäuse 2 auf. Das Leistungselektronik-Gehäuse 2 dient der Aufnahme von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen (in den Figuren nicht gezeigt), wie beispielsweise Leistungsbauteilen (Kondensatoren, Leistungsschalter etc.) und Schaltkreisen zur Steuerung, welche oftmals in Form von integrierten Schaltkreisen, welche auf Leiterplatten angeordnet sind, vorliegen. Das Leistungselektronik-Gehäuse 2 ist auf einer Seite durch eine Kühlplatte 3 begrenzt, welche zur Kühlung insbesondere der Leistungsbauteile der Leistungselektronikanordnung 1 dient.
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Auf dem Leistungselektronik-Gehäuse 2 ist eine Anschlussvorrichtung 4 angeordnet, welche elektrische Anschlüsse 5 aufweist, die in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform als Hochvolt-Anschlüsse ausgelegt sind und zum Anschluss von Hochvoltkabeln 6 an die im Leistungselektronik-Gehäuse 2 angeordneten Elektronikbauteile vorgesehen sind. Die Hochvolt-Anschlüsse weisen Hochvolt-Anschlussbuchsen 7 auf, welche mit entsprechenden, an den Hochvoltkabeln 6 angeordneten Hochvolt-Steckern 8 in Eingriff gebracht werden können bzw mit diesen in Eingriff stehen, derart, dass eine elektrische Verbindung zwischen den im Leistungselektronik-Gehäuse 2 angeordneten Elektronikbauteilen und den Hochvoltkabeln 6 sichergestellt ist.
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Die elektrischen Anschlüsse 5 der Anschlussvorrichtung 4 ermöglichen aufgrund ihrer Anordnung auf dem Leistungselektronik-Gehäuse 2 eine gemeinsame Längserstreckung, i. e. in einer gemeinsamen Längserstreckungsrichtung, zusammen mit den anzuschließenden Hochvoltkabeln 6 derart, dass sich die Hochvoltkabel 6 von den elektrischen Anschlüssen 5 über wenigstens Teile des Leistungselektronik-Gehäuses 2 alle in derselben Längserstreckungsrichtung, i. e. in einer gemeinsamen Längserstreckungsrichtung, hinwegerstrecken können bzw. hinwegerstrecken. Dies wird dadurch ermöglicht, dass sich die Hochvolt-Anschlussbuchsen 7 von einem Randbereich des Leistungselektronik-Gehäuses 2 hin zu dessen Mitte erstrecken, wobei die Hochvolt-Anschlussbuchsen 7, die zur Verbindung mit den Hochvolt-Steckern 8 dienen, zur Mitte des Leistungselektronik-Gehäuses 2 hin ausgerichtet sind. Die sich gemeinsam längserstreckenden Hochvolt-Kabel 6 sowie die elektrischen Anschlüsse 5 bzw. die Hochvolt-Anschlussbuchsen 7 erstrecken sich parallel zueinander, insbesondere jeweils parallel zu einer Oberfläche des Leistungselektronik-Gehäuses 2.
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Die Anschlussbuchsen 7, welche eine Verbindung mit den Hochvoltkabeln 6 ermöglichen, sind zur gemeinsamen Längserstreckung mit den Hochvoltkabeln 6 insbesondere jeweils derart orientiert, dass die Richtung, in welcher die Anschlussbuchsen 7 jeweils eine Verbindung mit Hochvoltkabeln 6 bzw. deren Steckern 8, insbesondere an jeweils einem Anschlussende 7a, vorsehen, der vorgesehenen Längserstreckungsrichtung der Hochvoltkabel 6 über wenigstens Teile des Leistungselektronik-Gehäuses 2 entspricht.
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Die elektrischen Anschlüsse 5 der Anschlussvorrichtung 4 sind in einem Anschlussvorrichtungs-Gehäuse 9 angeordnet, welches ein Bestandteil der Anschlussvorrichtung 4 ist, und welches auf einer dem Leistungselektronik-Gehäuse 2 zugewandten Seite durch einen Anschlussvorrichtungs-Gehäuseabschnitt 10 einer Grundplatte 11 begrenzt ist, wobei der Anschlussvorrichtungs-Gehäuseabschnitt 10 der Grundplatte 11 den Boden des Anschlussvorrichtungs-Gehäuses 9 bildet. Das Anschlussvorrichtungs-Gehäuse 9 weist ferner Seitenwände 12 und einen Deckel 13 auf (3), der mit Befestigungselementen in Form von Schrauben 25 in entsprechenden Aufnahmen 14, welche an den Seitenwänden 12 ausgebildet sind, befestigt ist. Das Anschlussvorrichtungs-Gehäuse 9 dient dem Schutz der elektrischen Anschlüsse 5 der Anschlussvorrichtung 4.
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Die Grundplatte 11 ist mit Befestigungselementen in Form von Schrauben 15 auf der Kühlplatte 3 und damit auf dem Leistungselektronik-Gehäuse 2 befestigt. Neben einem Anschlussvorrichtungs-Gehäuseabschnitt 10 weist die Grundplatte 11 einen ersten Kühlwasseranschluss 16 und einen zweiten Kühlwasseranschluss 17 auf, welche integral mit der Grundplatte 11 gebildet sind. Alternativ hierzu können diese auch als separate Bauteile ausgebildet und an der Grundplatte 11 angeordnet, insbesondere befestigt sein. Sowohl der erste Kühlwasseranschluss 16, als auch der zweite Kühlwasseranschluss 17 erstrecken sich parallel zu den Hochvolt-Anschlussbuchsen 7 und damit in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung der Hochvoltkabel 6 und der Hochvolt-Anschlussbuchsen 7. Ein Anschlussende 18 des ersten Kühlwasseranschlusses 16 und ein Anschlussende 19 des zweiten Kühlwasseranschlusses 18 sind derart angeordnet, dass sich Kühlwasserleitungen, die an den Anschlussenden 18, 19 angebracht werden können, ebenfalls in die gemeinsame Längserstreckungsrichtung erstrecken. Dadurch wird der benötigte Bauraum im Vergleich zu Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik verringert.
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Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1 weist weiterhin eine Befestigungsvorrichtung 20 zur Befestigung der Hochvoltkabel 6 auf, welche insbesondere an dem Leistungselektronik-Gehäuse 2 angeordnet ist, weiterhin insbesondere z. B. an der Grundplatte 11. Die Befestigungsvorrichtung 20 ist derart ausgebildet, dass die Hochvoltkabel 6 in der Befestigungsvorrichtung 20 unbeweglich befestigbar (klemmbar) sind. Damit sind die Hochvoltkabel 6 insbesondere in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung unbeweglich, was dazu führt, dass sie sich auch unter der Einwirkung von Vibrationen nicht von den elektrischen Anschlüssen 5 lösen können, selbst wenn die Hochvolt-Stecker 8 keine Arretierungsvorrichtung oder dgl. Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen aufweisen. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass anstelle der Befestigungsvorrichtung 20 auch eine Abstützvorrichtung denkbar wäre, in der die Hochvoltkabel 6 nicht unbeweglich geklemmt, sondern beweglich abgestützt sind.
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Die Befestigungsvorrichtung 20 weist ein Wellenprofil 21 auf, welches zur Aufnahme der Hochvoltkabel 6 entsprechende, in etwa halbkreisförmig ausgebildete Aussparungen 22 (vgl. hierzu insbesondere 4) aufweist. Das Wellenprofil 21 ist auf der Grundplatte 11 angeordnet und in der beschriebenen Ausführungsform integral mit dieser ausgebildet. Alternativ hierzu könnte das Wellenprofil 21 selbstverständlich auch als separates Bauteil ausgebildet sein und mittels entsprechender Befestigungselemente auf der Grundplatte 11 befestigt sein. Auch eine Befestigung mittels eines Klebstoffes oder mittels einer Schweißtechnik wäre denkbar. Zur Befestigung der Hochvoltkabel 6 weist die Befestigungsvorrichtung 20 ferner ein Befestigungselement in Form eines zum Wellenprofil 21 korrespondierenden Bügels 23 auf, der mit Befestigungselementen in Form von Schrauben 24 an dem Wellenprofil 21 befestigt werden kann (vgl. hierzu insbesondere 3) und die Hochvoltkabel 6 in einem befestigten Zustand unbeweglich in dem Wellenprofil 21 einklemmt. In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform weist der Bügel 23 eine Abdeckung auf, die die Hochvolt-Stecker 8 abdeckt und somit schützt. Die Abdeckung ist integral mit dem Bügel 23 ausgebildet und ist, wie der gesamte Bügel 23, aus Kunststoff hergestellt. Die Befestigungsvorrichtung 20, insbesondere das Wellenprofil 21 und der Bügel 23, ist in der gemeinsamen Längserstreckungsrichtung beabstandet vom Anschlussvorrichtungs-Gehäuse 9 bzw. den Anschlussbuchsen 7 angeordnet, um eine möglichst stabile Befestigung über eine möglichst große Länge der Hochvoltkabel 6 zu erreichen.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich durch die Ausrichtung der Hochvoltkabel 6 in dieselbe Richtung Bauraumvorteile ergeben. Hierzu trägt auch die Ausrichtung der Kühlwasseranschlüsse 16, 17, welche dieselbe Ausrichtung aufweisen, bei. Der benötigte Bauraum kann sich verdoppeln oder sogar noch weiter vergrößern, wenn die Hochvoltkabel 6 in eine andere Richtung (nicht über das Anschlussvorrichtungs-Gehäuse 9 hinweg) nach außen geführt werden, da die Hochvoltkabel 6 starr sind und beim Verlegen und Verbiegen einen großen Biegeradius aufweisen. Ferner ermöglicht eine erfindungsgemäße Leistungselektronikanordnung 1 eine einfache Montage, da alle Anschlüsse in dieselbe Richtung weisen. Dies führt zu geringen Montagekosten. Durch die Befestigung der Hochvoltkabel 6 mittels der Befestigungsvorrichtung 20 (Wellenprofil 21 und Bügel 23) wird sichergestellt, dass sich das Hochvoltkabel 6 auch bei starken Vibrationen nicht lösen kann, d. h. dass die an den Hochvoltkabeln 6 angebrachten Hochvolt-Stecker 8 auch bei starken Vibrationen sicher in bzw. an den Hochvolt-Anschlussbuchsen 7 verbleiben und ein sicherer elektrischer Kontakt somit gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leistungselektronikanordnung
- 2
- Leistungselektronik-Gehäuse
- 3
- Kühlplatte
- 4
- Anschlussvorrichtung
- 5
- elektrische Anschlüsse
- 6
- Hochvoltkabel
- 7
- Hochvolt-Anschlussbuchsen
- 7a
- Anschlussende Anschlussbuchse
- 8
- Hochvolt-Stecker
- 9
- Anschlussvorrichtungs-Gehäuse
- 10
- Anschlussvorrichtungs-Gehäuseabschnitt der Grundplatte 11
- 11
- Grundplatte
- 12
- Seitenwände des Anschlussvorrichtungs-Gehäuses 9
- 13
- Deckel
- 14
- Aufnahme
- 15
- Schraube
- 16
- erster Kühlwasseranschluss
- 17
- zweiter Kühlwasseranschluss
- 18
- Anschlussende des ersten Kühlwasseranschlusses 16
- 19
- Anschlussende des zweiten Kühlwasseranschlusses 18
- 20
- Befestigungsvorrichtung
- 21
- Wellenprofil
- 22
- Aussparung
- 23
- Bügel
- 24
- Schraube
- 25
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024567 A1 [0003]
- WO 2008/011959 A1 [0004]
- DE 102008030337 A1 [0005]
