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Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) kennzeichnet den üblicherweise erwünschten Zustand, dass technische Geräte einander nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflussen. Die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit sind einerseits technisch bedingt und andererseits durch Richtlinien und Normen geregelt. Dadurch sollen Störungen vermieden werden, die für alle in der Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder System unannehmbar wären.
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Eine hohe Zuverlässigkeit komplexen Automatisierungs- oder Kommunikationssysteme ist eine Voraussetzung für eine reibungslose Funktion – beispielsweise von Hochvolt-Komponenten – von Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen. Die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit von Hochvolt-Komponenten in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug machen eine sehr niederimpedante Anbindung von Schirmen bzw. Außenleitern von Hochvolt-Kabeln – Koaxialkabel – an Gehäuse der jeweiligen Hochvolt-Komponenten notwendig. Gegenwärtig werden solche Anbindungen durch eine sehr niederohmige Gleichstromwiderstand-Anbindung der Außenleiter an die Gehäuse der Komponenten realisiert. Allerdings entstehen durch diese Art der Anbindung parallele Massepfade im Bordnetzsystem, über die unzulässig hohe Gleichströme fließen können. Eine Vermeidung dieser Hochvolt-Ströme wird durch die stetig steigenden Anforderungen and die elektromagnetische Verträglichkeit in den aktuellen Ausführungen sehr schwierig.
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Unzulässig hohe Schirmströme werden gegenwärtig durch eine Überwachung des Spannungsabfalls über die Massepfade und einer entsprechenden Reaktion von Niedervolt-Hochstromkomponenten vermieden oder indem einzelne Hochvolt-Komponenten innerhalb eines geschirmten Gehäuses zusammengefasst werden. Allerdings sind diese Maßnahmen nicht für jede Anwendung geeignet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leiter zur Verbindung unterschiedlicher Hochvolt-Komponenten vorzusehen, der gegenwärtigen Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit – beispielsweise bei Bordnetzsystemen in Elektro- bzw. Hybridfahrzeug gerecht wird.
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Diese Aufgabe wird mittels einer elektrischen Leitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu wird eine elektrische Leitung mit einem zentralen Leiter, der konzentrisch von einer Isolierung umgeben ist vorgesehen, bei dem ein erster Leitungsbereich, mit einem konzentrisch zur elektrischen Leitung angeordneten ersten Außenleiter mit einer ihn umgebenden ersten Isolierung, und einer zweiter Leitungsbereich, mit einem konzentrisch zur elektrischen Leitung angeordneten zweiten Außenleiter mit einer ihn umgebenden zweiten Isolierung, vorgesehen, die sich in einem gemeinsamen Bereich derart konzentrisch überlappen, dass der erste Außenleiter über die erste Isolierung von dem ihn umgebenden zweiten Außenleiter elektrisch abgeschirmt ist. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass eine kapazitive Kopplung von zwei Hochvolt-Komponenten über einen Hochvolt-Kabelschirm bzw. die Außenleiter des Hochvolt-Kabels – gelöst wird. Dadurch werden Gleichströme über die Außenleiter vollständig geblockt.
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Eine praktische Ausführung dieser kapazitiven Anbindung wird mit Hilfe der Außenleiter, bzw. der Kabelschirme, selbst realisiert, indem ein Zylinderkondensator durch Überlappung zweier Schirmenden bzw. der beiden Außenleiter und einem dazwischen liegenden Dielektrikum – der Isolierung des ersten Außenleiters – aufgebaut wird. Auf diese Art und Weise kann mittels des Überlappungsbereichs des ersten und zweiten Leitungsbereichs ein Kondensator gebildet werden.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Länge des Überlappungsbereichs der beiden Leitungsbereiche abhängig von einer vorbestimmten Kapazität einstellbar. Demnach kann eine notwendige Abstimmung einer Dämpfung der Abschirmung bzw. des Schirmes auf den jeweiligen Anwendungsfall leicht durch Variation der Überlappungslänge der Außenleiter und damit einer wirksamen Kondensatorfläche erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine vorbestimmte Kapazität des durch den Überlappungsbereich gebildeten Kondensators in Abhängigkeit eines Isolationsmaterials der ersten Isolation des ersten Außenleiters einstellbar. Durch eine gezielte Wahl des Isolationsmaterials sind bestimmte Eigenschaften eines gewünschten Dielektrikums auswählbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine vorbestimmte Kapazität in Abhängigkeit einer Dicke des Isolationsmaterials der ersten Isolation im Überlappungsbereich der beiden Leitungsbereiche eingestellt.
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Besonders vorteilhaft dabei ist, dass eine kapazitive Anbindung sehr Platz sparend gegenüber herkömmlichen Lösungen realisiert werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, noch in einem sehr späten Entwicklungsstadium solche elektrische Hochvolt-Leitungen auszutauschen oder nachzurüsten. Zusätzlich ist die Realisierung von Verbindungen zwischen unterschiedlichen Hochvolt-Komponenten mittels einer elektrischen Leitung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besonders kostengünstig.
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Die elektrischen Leitungen gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind derart ausgebildet, dass sie auch zum Datenaustausch zweier Hochvolt-Komponenten einsetzbar sind.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Diese zeigt anhand einer Skizze eine Schnittansicht durch eine Längsachse einer elektrischen Leitung eine vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung.
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In der Figur wird eine Verbindung bzw. Kopplung zweier Hochvolt-Komponenten 11, 12 gezeigt, wie sie beispielsweise bei Komponenten in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgenommen wird, um hohe Gleichströme entlang von Außenleitern 5 bzw. 8 – Schirmströme – zu vermeiden. Durch diese Art der Kopplung sollen parallele Massepfade in einem Bordsystem eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs vermieden werden. Unzulässig hohe Gleichströme könnten dann fließen, wenn die beiden Hochvolt-Komponenten 11, 12 über ein herkömmliches Koaxialkabel verbunden wären. Allerdings wird eine Vermeidung solcher Ströme durch die stetig steigende Anforderung hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit in Fahrzeugen gefordert.
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Ein zur Lösung des beschriebenen Problems dargestellte Ausführungsform ist in der Figur gezeigt. Dazu ist eine kapazitive Kopplung von Gehäusen zweier Hochvolt-Komponenten 11, 12 vorgesehen. Auf diese Weise werden die sonst zwischen den sonst einzelnen Gehäusen der Hochvolt-Komponenten 11, 12 fließenden Gleichströme vollständig geblockt.
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Um eine solche kapazitive Kopplung zu realisieren, ist in der in der Figur dargestellten Ausführungsform der Erfindung eine elektrische Leitung 1 vorgesehen, die einen zentralen Leiter 2 vorsieht, der von einer Isolierung 3 umgeben ist. Ein erster Leitungsbereich 4 der elektrischen Leitung 1 weist einen konzentrisch zur elektrischen Leitung 1 angeordneten ersten Außenleiter 5 mit einer ihn umgebenden ersten Isolierung 6 auf. Ein Außenleiter 5 des ersten Leitungsbereichs 4 ist an das Gehäuse der Hochvoltkomponente 11 angeschlossen. An das Gehäuse der Hochvoltkomponente 12 ist ein weiterer – zweiter – Außenleiter 8 eines zweiten Leitungsbereich 7 der elektrischen Leitung 1 angeschlossen. Der zweite Leitungsbereich 7 weist den konzentrisch zur elektrischen Leitung 1 angeordneten zweiten Außenleiter 8 mit einer ihn umgebenden zweiten Isolierung 9 auf. Damit die beiden Außenleiter 6 bzw. 8 die an den jeweiligen Gehäusen der Hochvoltkomponenten 11 bzw. 12 auftretenden Ströme nicht leiten, werden sie in einem gemeinsamen Bereich 10 der elektrischen Leitung 1 konzentrisch überlappt, so dass der erste Außenleiter 5 über seine erste Isolierung 6 von dem ihn umgebenden zweiten Außenleiter 8 elektrisch abgeschirmt ist.
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In dem Überlappungsbereich 10 des ersten und zweiten Leitungsbereichs 4, 7 wird eine Kapazität bzw. ein Kondensator mit Hilfe der Außenleiter 5, 8 und der dazwischen liegenden ersten Isolierung 6 des ersten Außenleiters 5 realisiert. Dadurch wird eine niederimpedante Verbindung zwischen den beiden Gehäusen der Hochvolt-Komponenten 11, 12 realisiert.
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Der in dem Überlappungsbereich 10 der beiden Leitungsbereiche 4, 7 entstehende Zylinderkondensator weist zwischen dem ersten Außenleiter 5 des ersten Leitungsbereichs und dem zweiten Außenleiter 8 des zweiten Leitungsbereichs 7 ein Dielektrikum auf, das von der ersten Isolierung 6 des ersten Außenleiters 5 und von dem ihn umgebenden zweiten Außenleiter 8 gebildet wird und diesen elektrisch von dem ersten Außenleiter 5 abschirmt. Die realisierte kapazitive Kopplung der beiden Gehäuse der Hochvoltkomponenten 11, 12 ist besonders platzsparend gegenüber herkömmlichen Ansätzen zur Erfüllung der Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit. Darüber hinaus kann auch in einem sehr späten Entwicklungsstadium, durch einfaches Austauschen von Hochvolt-Leitungen ein Nachrüsten mit Verbindungskabeln gemäß der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden.
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Eine Einstellung von notwendigen Kapazitätswerten der Verbindung der beiden Hochvoltkomponenten 11, 12 kann beispielsweise durch Variation der Länge des Überlappungsbereichs 10 der beiden Leitungsbereiche 4, 7 erfolgen. Darüber hinaus kann durch eine gezielte Auswahl des Isolationsmaterials der ersten Isolation 6 des ersten Außenleiters 5 ein geeignetes Dielektrikum gefunden werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung lässt sich eine vorbestimmte Kapazität in Abhängigkeit einer Dicke 16 des Isolationsmaterials der ersten Isolation 6 im Überlappungsbereich 10 der beiden Leitungsbereiche 4, 7 einstellen.
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Durch die kapazitive Kopplung der beiden Hochvoltkomponenten 11, 12 werden über die Außenleiter auftretende Gleichströme vollständig geblockt. Dadurch können hohe Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit von Hochvoltkomponenten 11, 12 in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen bzw. deren Bordnetzen erfüllt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Leitung
- 2
- zentraler Leiter
- 3
- Isolierung
- 4
- erster Leitungsbereich
- 5
- erster Außenleiter
- 6
- erste Isolierung
- 7
- zweiter Leitungsbereich
- 8
- Zweiter Außenleiter
- 9
- Zweiter Isolierung
- 10
- Überlappungsbereich
- 11, 12
- Hochvolt-Komponente
- 16
- Dicke des Dielektrikums (des ersten Isolationsmaterials)
