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Die Erfindung betrifft eine Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen mit einem Steckverbinderteil und einem Ferritbauteil und einen Umrichtermotor mit der Hybridsteckvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2006 027 312 A1 ist eine Steckvorrichtung zum Absorbieren elektrischen Rauschens auf Kabeln bekannt.
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Aus der
DE 10 2008 023 715 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ist die Anordnung mit Leiterplatte bekannt.
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Aus der US 2002 / 0 094 725 A1 ist ein elektrischer Steckverbinder bekannt.
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Aus der
DE 196 11 699 C1 ist ein Filter-Steckverbinder mit Abschirmgehäuse bekannt.
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Aus der
US 5 655 932 A ist ein Filter-Steckverbinder mit Abschirmgehäuse bekannt.
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Aus der
US 5 304 964 A ist ein elektrischer Steckverbinder, der eine Massen-Beabstandung aufweist.
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Aus der JP H05- 326 083 A ist eine steckverbindbare Filtereinheit bekannt.
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Aus der
US 5 580 279 A ist ein niedrigpreisiger gefilterter und abgeschirmter elektrischer Steckverbinder bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen und einen Umrichtermotor weiterzubilden, wobei die Hybridsteckvorrichtung und der Umrichtermotor kompakt sind und einfach zu montieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Hybridsteckvorrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst und bei dem Umrichtermotor nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen sind, dass die Hybridsteckvorrichtung ein Steckverbinderteil und ein Ferritbauteil aufweist, wobei das Ferritbauteil durchgehende Ausnehmungen aufweist, wobei das Steckverbinderteil ein oder mehrere, parallel zueinander angeordnete, langgestreckte Kontaktelemente aufweist, von denen nur eine Teilmenge sich durch die durchgehenden Ausnehmungen zumindest teilweise erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil einfach montierbar und platzsparend angeordnet ist. Weiter von Vorteil ist, dass die Teilmenge der Kontaktelemente gegenüber den restlichen Kontaktelementen besser isoliert ist und daher auch bei höheren Spannungen auf der Teilmenge der Kontaktelemente keine Überschlagsgefahr zwischen diesen besteht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ferritbauteil einen ferrimagnetischen keramischen Werkstoff, insbesondere ein weichmagnetisches Ferrit, wie zum Beispiel NiZn, auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil die nötigen Materialeigenschaften aufweist, um elektrische Störungen, welche mit einem Signal oder alleine durch die Kontaktelemente übertragen wird, zu dämpfen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ferritbauteil durchgehende Ausnehmungen auf, welche von einer Fläche des Ferritbauteils zu einer anderen Fläche des Ferritbauteils führen, wobei vorzugsweise die Fläche parallel zur anderen Fläche liegt. Von Vorteil ist dabei, dass die Kontaktelemente besonders einfach von dem Ferritbauteil umgeben werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritbauteil quaderförmig. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil einfach zu handhaben ist und leicht einbaubar ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die durchgehenden Ausnehmungen entlang zweier gedachter, paralleler Linien in gleichmäßigem Abstand angeordnete und stehen vorzugsweise senkrecht auf der Fläche. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil ohne Änderung von Zusammenbauverfahren in eine Hybridsteckvorrichtung einbaubar ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind ein Abstand zwischen den durchgehenden Ausnehmungen und/oder das Material des Ferritbauteils für Spannungen bis 500V zwischen den Kontaktelementen geeignet. Von Vorteil ist dabei, dass die Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen zur Anwendung in der Antriebstechnik mit Induktionsmotoren geeignet ist.
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Erfindungsgemäß weist das Steckverbinderteil ein oder mehrere Kontaktelemente auf, von denen zumindest einige vom Ferritbauteil vollumfänglich umgeben sind, beziehungsweise durch die durchgehenden Ausnehmungen geführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass mehrere Kontaktelemente gleichzeitig von einem einzigen Ferritbauteil entstörbar sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontaktelemente als längliche pinartige elektrische Kontaktstifte ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil besonders einfach auf das Steckverbinderteil montierbar ist bzw. das Steckverbinderteil auf das Ferritbauteil. Somit sind elektrische Störungen effektiv und zuverlässig gedämpft.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Steckverbinderteil einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper aus Kunststoff auf, aus welchem auf einer Seite die Kontaktelemente senkrecht hervorstehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Grundkörper leicht handhabbar und herstellbar ist und einfach in das Gehäuseteil montierbar ist.
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Erfindungsgemäß sind die Kontaktelemente vom Grundkörper umspritzt, oder in den Grundkörper eingesteckt. Von Vorteil ist dabei, dass der Grundkörper einfach und reproduzierbar herstellbar ist und die Kontaktelemente einen wohldefinierten Abstand aufweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind auf der der Seite gegenüberliegenden Seite Ausnehmungen angeordnet, in welche ein zum Steckverbinderteil komplementäres Steckverbinderteil einsteckbar ist und so eine elektrische Verbindung zwischen entsprechenden elektrisch leitenden Elementen, insbesondere den Kontaktelementen, im Steckverbinderteil und dem komplementären Steckverbinderteil herstellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine elektrische Verbindung sicher und wohldefiniert herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß sind die Kontaktelemente auf einer Leiterplatte in entsprechende Ausnehmungen in axialer Richtung der Kontaktelemente eingesteckt und mit korrespondierenden elektrischen Leitungen auf der Leiterplatte mittels Einpresstechnik oder Lötanschluss verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Kontaktelemente wohldefiniert und sicher im Gehäuseteil angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist das Ferritbauteil zwischen dem Grundkörper und der Leiterplatte angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil sicher in der Hybridsteckvorrichtung gehalten wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umgibt ein Gehäuseteil die Leiterplatte, wobei das Gehäuseteil eine Öffnung aufweist, in welche der Grundkörper gehäusebildend eingesteckt ist, wobei die Kontaktelement in Einsteckrichtung in den durchgehenden Ausnehmungen liegen, insbesondere wobei am Gehäuseteil von außen zugängliche Klemmvorrichtungen angeordnet sind, welche mit der Leiterplatte elektrisch verbunden sind, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den Klemmvorrichtungen und elektrischen Kontakten in den Ausnehmungen hergestellt ist, wobei die elektrische Verbindung durch das Ferritbauteil führt. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritbauteil geschützt ist und platzsparend montiert ist.
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Bei einem Umrichtermotor mit einer vorstehend beschriebenen Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrische Störungen ist die Hybridsteckvorrichtung an einem Motorgehäuse angeordnet und ein Umrichtermodul ist mit einem komplementären Steckverbinderteil auf die Hybridsteckvorrichtung aufsteckbar. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter keine netzseitigen Entstördrosseln benötigt und dadurch besonders kompakt aufgebaut ist
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Ferritbauteils für eine erfindungsgemäße Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen;
- 2 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen des in 1 gezeigten Ferritbauteils;
- 3 die in 2 gezeigte Ausführungsform, wobei das in 1 gezeigte Ferritbauteil eingebaut ist; und
- 4 die in 2 und 3 gezeigte Ausführungsform im zusammengebauten Zustand.
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1 zeigt ein Ferritbauteil 10 für eine erfindungsgemäße Hybridsteckvorrichtung 1 zum Dämpfen elektrischer Störungen. Das Ferritbauteil 10 ist vorzugsweise quaderförmig aus einem ferrimagnetischen Werkstoff gefertigt, welcher vorzugsweise NiZn aufweist. Der Werkstoff ist insbesondere keramisch und vorzugsweise weichmagnetisch.
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Im Ferritbauteil 10 ist eine durchgehende Ausnehmung 12 angeordnet. Vorzugsweise weist das Ferritbauteil 10 sechs durchgehende Ausnehmungen 12 auf. Die durchgehenden Ausnehmungen 12 führen von einer Fläche 14 des Ferritbauteils 10 zu einer anderen Fläche 16 des Ferritbauteils 10. Die durchgehenden Ausnehmungen 12 sind insbesondere entlang zweier paralleler Linien paarweise gegenüber ausgerichtet und stehen vorzugsweise senkrecht auf der Fläche 14. Andere Anordnungen und Ausformungen der durchgehenden Ausnehmungen 12, wie zum Beispiel gebogen verwinkelt oder schräg angeordnet, sind auch denkbar.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des Ferritbauteils 10 sind die durchgehenden Ausnehmungen 12 in einem regelmäßigen Muster angeordnet, wobei entlang einer Längsachse des Ferritbauteils 10 jeweils drei durchgehende Ausnehmungen 12 hintereinander angeordnet sind und entlang einer Querachse jeweils zwei durchgehende Ausnehmungen 12. Die durchgehenden Ausnehmungen 12 sind als gerade, zylindrige durchgehende Löcher ausgeführt. Die geraden, zylindrigen Löcher stehen senkrecht auf der Fläche 14 und der zu der Fläche 14 parallelen anderen Fläche 16.
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Die Abstände zwischen den einzelnen durchgehenden Ausnehmungen 12 und/oder das Material des Ferritbauteils 10 sind so ausgeführt, dass durch die durchgehenden Ausnehmungen 12 geführte elektrische Leitungen oder Kontaktelemente 22 eine Spannung von bis zu 500 V führen können, ohne dass es zu elektrischen Durchschlägen kommt. Insbesondere ist dafür eine geeignete Abstimmung zwischen dem Material des Ferritbauteils 10 und der geometrischen Ausführung der durchgehenden Ausnehmungen 12 nötig. Mit anderen Worten ist das Material und die Anordnung und Größe der durchgehenden Ausnehmungen 12 so aufeinander abgestimmt, dass elektrische Durchschläge zwischen den durch die durchgehenden Ausnehmungen 12 geführten spannungführenden Elementen, wie Leitungen oder Kontaktelemente 22, bis zu einer Spannung von 500V vermieden werden.
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Vorzugsweise weisen die zylindrigen Löcher einen Durchmesser zwischen 1 mm bis 3 mm, insbesondere 2 mm auf und einen Abstand der zentralen Achsen der zylindrigen Löcher zwischen 4 mm und 6 mm insbesondere 5 mm auf. Sollen andere Materialien verwendet werden so ändern sich die Abmessungen entsprechend oder es ist für eine entsprechende Isolierung zwischen den durch die durchgehenden Ausnehmungen geführten elektrischen Leitungen zu sorgen, um Spannungen bis zu 500 V ohne Durchschläge oder Kriechströme zwischen den elektrischen Leitungen zu verhindern.
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Die 2 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Hybridsteckvorrichtung zum Dämpfen elektrischer Störungen. Die Hybridsteckvorrichtung weist ein Steckverbinderteil 20 auf, welches mit einem Gehäuseteil 32 ein Gehäuse bildet.
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Das Steckverbinderteil 20 umfasst einen Grundkörper 24. In diesem Grundkörper 24 stehen aus einer Seite Kontaktelemente 22, vorzugsweise senkrecht zum Grundkörper, hervor. Die Kontaktelemente 22 sind als längliche abgeplattet Kontaktstifte ausgeführt. Die länglichen abgeplatteten Kontaktstifte werden auch als pinartig oder als Pins bezeichnet und sind elektrische leitend. Die Längsrichtung der Kontaktelemente 22 definiert eine Achse.
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Die Kontaktelement 22 sind mit einem Ende mit dem Grundkörper 24 verbunden. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente 22 vom Grundkörper 24 umspritzt oder in diesen entweder lösbar oder unlösbar eingesteckt. Das andere Ende der Kontaktelemente 22 ist bei einzeln betrachtetem, wie in 2 gezeigtem Steckverbinderteil 20, freitragend und weist einen abgestuften Endabschnitt mit kleinerem Querschnitt auf.
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Der Grundkörper 24 ist vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig. Die der Seite 28 gegenüberliegende Seite 30 weist Ausnehmungen 26 auf. In die Ausnehmungen 26 sind den Kontaktelementen 22 entsprechende elektrisch leitende Elemente wie weitere Kontaktelemente eines zum Steckverbinderteil 20 komplementären Steckverbinderteils einsteckbar. Bei eingestecktem komplementärem Steckverbinderteil ist ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelemente 22 und den weiteren Kontaktelementen hergestellt.
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Das Steckverbinderteil 20 ist ein doppeltes Steckverbinderteil. Zum Gehäuseteil 32 und zum Ferritbauteil 10 hin, ist es als männliches Steckverbinderteil ausgeführt und zum komplementären Steckverbinderteil hin als weibliches Steckverbinderteil.
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Das Ferritbauteil 10 ist, wie in 3 gezeigt im Gehäuseteil 32 angeordnet. Das Steckverbinderteil 20 ist dann in das Gehäuseteil eingesteckt. Einige, insbesondere sechs Kontaktelemente 22 sind dadurch bei der fertig zusammengebauten in 4 gezeigten erfindungsgemäßen Hybridsteckvorrichtung in den durchgehenden Ausnehmungen 12 insbesondere in je einer durchgehenden Ausnehmung 12 angeordnet. Das Ferritbauteil umschließt die sechs Kontaktelemente, welche die Teilmenge bilden vollumfänglich und in axialer Richtung der Kontaktelemente 22 bzw. der zylindrigen Ausnehmungen 22 zumindest teilweise.
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Bei anderen nicht gezeigten Ausführungsformen umschließt das Ferritbauteil 10 die Kontaktelemente 22 im Wesentlichen vollumfänglich. Im Wesentlichen vollumfänglich heißt, dass das Ferritbauteil 10 nur durch im Verhältnis zu dessen Abmessungen kleine Luftspalte unterbrochen ist. Die Luftspalte entstehen zum Beispiel dadurch, dass das Ferritbauteil 10 aus zwei Halbschalen aufgebaut ist, welche aufeinanderstoßen oder in Kunststoff verpackt sind. So entstehen im Verhältnis zu den Abmessungen des Ferritbauteiles 10 kleine Luftspalte zwischen den Halbschalen oder die Halbschalen bleiben auch im zusammengebauten Zustand durch eine Kunststoffschicht voneinander getrennt.
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Vorzugsweise umgibt das Ferritbauteil 10 zumindest ein Kontaktelement 22 vollumfänglich.
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Die abgeplatteten Endabschnitte der Kontaktelemente 22 sind im eingebauten Zustand mit Leitungen einer Leiterplatte verbunden. Als Verbindungstechnik eignet sich dafür entweder ein Einpressen der Endabschnitte in dafür vorgesehene Löcher in der Leiterplatte oder ein Lötanschluss. Durch die Abstufung des Endabschnitts ist ein Anschlag für das Einführen der Kontaktelement 22 in die dafür vorgesehenen Löcher gegeben. Dies erlaubt eine genau definierte Lage des Grundkörpers 24, welcher eine Öffnung im Gehäuseteil 32 gehäusebildend verschließt. Diese Öffnung ist in den 2 und 3 nicht explizit eingezeichnet.
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Dadurch sind die Kontaktelemente 22 mit elektrischen Leitungen der Leiterplatte verbunden. Eine elektrische Leitung der Leiterplatte korrespondiert mit einem Kontaktelement 22 des Steckverbinderteils 20. Das Ferritbauteil 10 ist zwischen der Leiterplatte und dem Grundkörper 24 angeordnet.
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Bei der Montage der Hybridsteckvorrichtung kann das Ferritbauteil 10 entweder zuerst auf der Leiterplatte angeordnet werden und anschließend wird das Steckverbinderteil 20 in axiale Richtung der Kontaktelemente 22 auf die Leiterplatte aufgesteckt. Beim Aufstecken des Steckverbinderteils 20 werden automatisch die entsprechend dafür vorgesehenen Kontaktelemente 22 durch die durchgehenden Ausnehmungen 12 des Ferritbauteils 10 geführt. Die Kontaktelemente 22 liegen in Einsteckrichtung des Steckverbinderteils 20 in den durchgehenden Ausnehmungen 12. Elektrische Störungen, welche ein elektrisches Signal begleiten, welches über die Kontaktelemente 22 übertragen wird, werden durch das Ferritbauteil als induktives elektrisches Bauteil gedämpft.
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Die Leiterplatte ist im Gehäuseteil 32 angeordnet und in den 2 bis 4 nicht zu sehen. Das Gehäuseteil weist einen auf einer Frontseite vorstehenden abgestuften Gehäusebereich auf. In diesem Gehäusebereich sind in von der Frontseite her offene Vertiefungen Klemmvorrichtungen 34 angeordnet. Die Klemmvorrichtungen 34 umfassen eine Klemmplatte und eine die Klemmplatte gegen das Gehäuse drückende Klemmschraube.
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Die Klemmvorrichtungen 34 sind elektrisch mit den elektrischen Leitungen der Leiterplatte verbunden. Eine elektrische Verbindung der Klemmvorrichtungen 34 mit den Kontaktelementen 22, vorzugsweise mit jeweils einem der Kontaktelemente 22 oder mehreren der Kontaktelemente 22, ist so über die Leiterplatte gewährleistet. In alternativen Ausführungsformen sind auch andere elektrische Verbindungen zwischen den Klemmvorrichtungen und den Kontaktelementen 34 möglich.
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An diese Klemmvorrichtungen 34 sind von außen zugeführte Leitungen elektrische anschließbar, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den von außen zugeführten Leitungen und den Kontaktelementen 22 gegeben ist.
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Die erfindungsgemäße Hybridsteckvorrichtung wird vorzugsweise in einem Umrichtermotor eingesetzt. Bei einem Umrichtermotor ist der Umrichter in einem Gehäuse direkt auf dem Motorgehäuse oder Statorgehäuse aufgesetzt. Dazu ist der Umrichter in einem Umrichtermodul angeordnet, welches direkt auf das Steckverbinderteil 20 aufsteckbar ist. Dazu weist das Umrichtermodul ein zum Steckverbinderteil 20 komplementäres Steckverbinderteil auf. Elektrische Störungen, welche durch die Betriebsart des Umrichters entstehen werden so bezüglich eines an den Klemmvorrichtungen 34 angeschlossenen elektrischen Versorgungsnetzes gedämpft.
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Das Ferritbauteil 10 ist somit Teil eines Netzfilters des Umrichters. Der Einbau von zusätzlichen Drosseln ist nicht nötig. Die Teilmenge der Kontaktelemente 22, welche die Netzspannung zum Umrichter führen, und vorzugsweise nur diese Teilmenge der Kontaktelemente, sind durch das Ferritbauteil 10 geführt. Das Ferritbauteil 10 bildet so eine stromkompensierte Drossel für die Drehstromnetzspannung.
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Die restlichen Kontaktelemente führen Signale für eine Steuerung und/oder Bremse, bzw. für die Bremsensteuerung. Diese Signale unterscheiden sich von den Netzspannungssignalen vorzugsweise durch eine geringere Spannung insbesondere durch eine um einen Faktor zwei bis zehn geringere Spannung. Durch das Ferritbauteil werden diese weniger durch die Netzspannung gestört.
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Bei dem Erfindungsgemäßen Umrichtermotor sind so zusätzliche Drosseln im Umrichtergehäuse einsparbar und der Umrichtermotor ist besonders kompakt gebaut.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridsteckvorrichtung
- 10
- Ferritbauteil
- 12
- durchgehende Ausnehmung
- 14
- Fläche
- 16
- andere Fläche
- 20
- Steckverbinderteil
- 22
- Kontaktelement
- 24
- Grundkörper
- 26
- Ausnehmungen
- 28
- Seite
- 30
- der Seite gegenüberliegende Seite
- 32
- Gehäuseteil
- 34
- Klemmvorrichtung
