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Vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Kontaktieren eines mehrpoligen, insbesondere 3-poligen, Leistungsanschlusses zum Beaufschlagen einer elektrischen Maschine mit einer elektrischen Leistung mit einem mehrpoligen, insbesondere 3-poligen, statorseitigen Anschluss der elektrischen Maschine.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 10 2007 008 098 , ist eine Verbindungsanordnung zum Kontaktieren eines mehrpoligen Leistungsanschlusses einer elektrischen Maschine mit einem mehrpoligen statorseitigen Anschluss der elektrischen Maschine bekannt. Dabei weist die bekannte Verbindungsanordnung ein Verbindungsgehäuse, insbesondere aus Kunststoff, auf, das in eine Öffnung eines Gehäuses der elektrischen Maschine, insbesondere eines Getriebegehäuses, passgenau eingepasst wird. An diesem Gehäuse selbst sind wiederum Stromanschlussbuchsen ausgebildet, die die statorseitigen Anschlussstellen kontaktieren. Dabei sind die Stromanschlussbuchsen und das Verbindungsgehäuse integral aus einem Kunststoffbauteil gefertigt und müssen nur in der Öffnung in dem Gehäuse der elektrischen Maschine platziert werden.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass das Verbindungsgehäuse und die Öffnung in dem Gehäuse der elektrischen Maschine aufeinander abgestimmt werden müssen. Das bedeutet gleichzeitig, dass für jeden Bautyp der elektrischen Maschine ein separat gefertigtes Verbindungsgehäuse bevorratet werden muss, das zum einen teuer und zum anderen montageunfreundlich ist.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Verbindungsanordnung zwischen einem Leistungsanschluss und einem statorseitigen Anschluss der elektrischen Maschine bereitzustellen, die universell einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Verbindungsanordnung zum Kontaktieren eines mehrpoligen, insbesondere 3-poligen, Leistungsanschlusses mit einem mehrpoligen, insbesondere 3-poligen, statorseitigen Anschluss einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Dabei dient der Leistungsanschluss zum Beaufschlagen der elektrischen Maschine mit einer elektrischen Leistung, mit der ein Stator der elektrischen Maschine mit Strom beaufschlagt wird. Die Erfindung basiert dabei auf der Idee, an jedem Pol des mehrpoligen statorseitigen Anschlusses eine einzeln ausgebildete Verbindungsbuchse vorzusehen. Vorteilhafterweise kann dadurch, dass jeder Pol eine eigene ausgebildete Verbindungsbuchse aufweist, jede beliebige elektrische Maschine mit derartigen Verbindungsbuchsen ausgestattet werden. Es ist deshalb nicht mehr notwendig, wie aus dem Stand der Technik bekannt, die Öffnung im Gehäuse der elektrischen Maschine auf das Verbindungsgehäuse mit den Stromanschlussbuchsen oder umgekehrt auszulegen. Dadurch entsteht eine große bauliche Freiheit und eine universelle Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist dabei jede Verbindungsbuchse mit einer Kunststoffummantelung ausgestattet, die die Verbindungsbuchse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kunststoffummantelung über eine Kunststoffumspritzung hergestellt ist.
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Dabei kann, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, die Verbindungsbuchse einen ersten leistungsanschlussseitigen Abschnitt und einen zweiten statorseitigen Abschnitt aufweisen. Da oftmals die baulichen Anforderungen von Stromanschluss und Leistungsanschluss unterschiedlich sind, ist eine entsprechende Ausbildung der Verbindungsbuchse vorteilhaft. Dabei ist bevorzugt, wenn der erste und zweite Abschnitt integral gefertigt sind, was insbesondere bei Kunststoffspritzteilen leicht realisierbar ist. Eine derartige Verbindungsbuchse kann dann einfach an den entsprechenden Statoranschlüssen positioniert werden und mit dem Leistungsanschluss verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine in einem Gehäuse, insbesondere einem Getriebegehäuse eines Hybridantriebs, angeordnet, wobei der mehrpolige statorseitige Anschluss über eine als Leistungsanschlussbox ausgebildete Öffnung in dem Gehäuse zugänglich ist. In dieser als Leistungsanschlussbox ausgebildeten Öffnung können die Verbindungsbuchsen angeordnet werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Verbindungsbuchsen vollständig in der Leistungsanschlussbox aufgenommen sind.
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Des Weiteren kann die Leistungsanschlussbox üblicherweise einen Rand aufweisen, der integral mit dem Gehäuse ausgebildet ist und konstruktionsbedingt eine vergrößerte Wandstärke im Vergleich zu der Wandstärke des Gehäuses an anderer Stelle aufweisen kann. Des Weiteren ist üblicherweise in der Leistungsanschlussbox eine Zwischenplatte, ein sogenannter Klemmboden, vorgesehen, der die elektrische Maschine abdeckt. Um aber einen Kontakt zu den statorseitigen Anschlüssen bereitzustellen, ist der Klemmboden weiterhin mit Öffnungen ausgestattet, die vorzugsweise als im Wesentlichen runde Bohrungen ausgebildet sind, und die einen Zugang zu den statorseitigen Anschlüssen ermöglichen. Vorzugsweise werden in diese Öffnungen am Klemmboden die Verbindungsbuchsen eingesetzt. Dabei ist der zweite Abschnitt der Verbindungsbuchse vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass er an die Form der Öffnung in dem Klemmboden angepasst ist. Um zudem eine Abdichtung zwischen einem Außenraum und der elektrischen Maschine zu schaffen, kann weiterhin an der Verbindungsbuchse ein Dichtelement vorgesehen sein, das die Öffnung im Klemmboden gegenüber der Verbindungsbuchse abdichtet und das auch zur elektrischen Isolierung der Verbindungsbuchsen gegenüber dem Gehäuse bzw. der Leistungsanschlussbox beiträgt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist jede Verbindungsbuchse weiterhin eine Verdrehsicherung auf. Da es beim Anbinden des Leistungsanschlusses an den statorseitigen Anschluss bzw. an die daran angeordnete Verbindungsbuchse vorkommen kann, dass sich die Verbindungsbuchse verdreht, wodurch es zu einer Beschädigung der Bauteile, insbesondere der Dichtung, kommen kann. Die an der Verbindungsbuchse ausgebildete Verdrehsicherung wirkt diesem Verdrehen entgegen. Dabei kann die Verdrehsicherung insbesondere als ein an der Kunststoffummantelung ausgebildeter Fortsatz ausgebildet sein. Vorteilhafterweise greift dabei dieser, insbesondere an der Kunststoffummantelung ausgebildete, Fortsatz in eine an der Leistungsanschlussbox, insbesondere am Klemmboden, vorgesehene Aufnahme ein, so dass die Verbindungsbuchse drehfest in der Leistungsanschlussbox festgelegt ist. Dadurch kann insbesondere die an der Verbindungsbuchse vorgesehene Dichtung zwischen Klemmbodenöffnung und Verbindungsbuchse nicht mehr beschädigt werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der erste, leistungsanschlussseitige Abschnitt der Verbindungsbuchse eine eckige Form auf, während der zweite, statorseitige Abschnitt der Verbindungsbuchse vorzugsweise eine runde Form aufweist. Dadurch kann der runde zweite Abschnitt der Verbindungsanordnung direkt von der üblicherweise rund ausgebildeten Öffnung des Klemmbodens aufgenommen werden, während beispielsweise die eckige Form als integrale Verdrehsicherung dienen kann. Dazu ist vorzugsweise die eckige Form des ersten Abschnitts derart dimensioniert, dass eine Verdrehsicherung der Verbindungsbuchse über eine Kontaktierung einer Kante der Verbindungsbuchse mit einer Innenwandung der Leistungsanschlussbox und/oder einer benachbarten Verbindungsbuchse erfolgt.
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Da bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf das Ausbilden eines Fortsatzes und das Aufnehmen des Fortsatzes in einer Aufnahme am Klemmboden verzichtet werden kann, ist die Montage weiter vereinfacht. Zudem ermöglicht die integrale Verdrehsicherung, dass beispielsweise die an der Verbindungsbuchse vorgesehene Dichtung nicht mehr beschädigt wird.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der erste Abschnitt der Verbindungsbuchse weiterhin einen für einen Kabelschuh ausgebildeten Aufnahmebereich auf. Zur einfachen Montage der Leistungszufuhr weisen die Leistungsanschlüsse oftmals an ihren mit der Verbindungsbuchse zu verbindenden Enden Kabelschuhe auf, die dann mit der Verbindungsbuchse elektrisch verbunden werden. Der an der Verbindungsbuchse ausgebildete Aufnahmebereich erleichtert dabei das verdrehfreie Anbringen des Kabelschuhs an der Verbindungsbuchse. Dabei kann der Aufnahmebereich vorzugsweise eine Einsenkung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, den Kabelschuh aufzunehmen. Um dabei die Montage noch weiter zu vereinfachen, ist vorzugsweise die Einsenkung insbesondere mittig leicht in Richtung des Leistungsanschlusses gewölbt, so dass ein Verhaken des Kabelschuhs in dem Aufnahmebereich verhindert wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Zeichnung und der Beschreibung definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die dargestellten Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereich der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht durch einen Leistungsanschluss einer elektrischen Maschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Verbindungsanordnung;
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2: eine um 90° versetzte Schnittansicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;
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3: eine Detaildarstellung des in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels;
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4: eine schematische Darstellung des in 1–3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Verbindungsbuchse;
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5: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Verbindungsbuchse;
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6: eine Detaildarstellung des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels; und
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7: eine schematische Darstellung des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels mit weiteren Details.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 und 2 zeigen jeweils um 90° zueinander versetzte Schnittansichten durch einen Leistungsanschluss 1 einer in einem Motorgehäuse 2 angeordneten elektrischen Maschine, wobei von der elektrischen Maschine lediglich eine Statorspule 3 (siehe 1) gezeigt ist. Weiterhin zeigen 1 und 2, dass in dem Motorgehäuse 2 eine Leistungsanschlussbox 4 ausgebildet ist. Dabei ist die Leistungsanschlussbox 4 integraler Bestandteil des Gehäuses 2 und weist an ihrem Rand 7 Anschlüsse 6 auf, durch die ein Leistungsanschluss 5 für eine Leistungszufuhr einer elektrischen Leistung führbar ist (siehe 1). Diese Öffnung 6 bildet eine Verbindung zu einem Außenbereich außerhalb des Gehäuses 2 der elektrischen Maschine.
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Innerhalb der Leistungsanschlussbox 4 ist ein sogenannter Klemmboden 8 angeordnet, der Bestandteil des Gehäuses 2 ist und in dem mindestens eine Öffnung ausgebildet ist, um einen Zugang zu der elektrischen Maschine zu ermöglichen. Bei dem üblicherweise verwendeten 3-poligen Anschluss (siehe insbesondere 2) für eine elektrische Maschine bedeutet das, dass über den Klemmboden 8 drei Stromschienen 9a, 9b, 9c kontaktiert werden müssen, die wiederum mit zugehörigen Schaltringen 19, die die Statorspulen 3 mit Strom versorgen, verbunden sind.
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Dazu sind, wie 2 und der Aufsicht auf den Klemmboden 8 von 3 zu entnehmen in dem Klemmboden 8, jeweils drei, vorzugsweise runde Öffnungen ausgebildet, in die jeweils eine Verbindungsbuchse 10a, 10b und 10c gesteckt werden kann.
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Dabei sind die Verbindungsbuchsen 10a, 10b und 10c als separate Einzelverbindungsbuchsen 10 ausgebildet. Eine derartige einzelne Verbindungsbuchse 10 ist schematisch in 4 dargestellt. 4 entnimmt man weiterhin, dass die Verbindungsbuchse 10 einen ersten Abschnitt, insbesondere einen oberen Flanschabschnitt, 11 und einen zweiten Abschnitt, insbesondere einen unteren Hülsenabschnitt 12 aufweist, wobei der Abschnitt 12 von der Öffnung am Klemmboden 8 aufgenommen wird und vorzugsweise eine entsprechende Außenformausgestaltung aufweist. Weiterhin kann an dem zweiten Abschnitt 12 eine Dichtung 13 vorgesehen sein, die eine Abdichtung zwischen der Öffnung im Klemmboden 8 und der Verbindungsbuchse 10 schafft (siehe dazu auch 2).
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Weiterhin zeigen die 1, 2 und 4, dass die Verbindungsbuchse 10 als kunststoffummanteltes Element mit einem innenliegenden stromführenden Hülsenbereich 15 und einer Kunststoffummantelung 17 ausgebildet ist, wobei die Kunststoffummantelung 17 für eine Isolierung zwischen der Verbindungsbuchse 10 und dem Gehäuse 2 sorgt. Alternativ kann auf die Kunststoffummantelung 17 auch verzichtet werden, wobei dann das Dichtelement 13 alleinig die Isolierungsfunktion übernimmt.
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Da üblicherweise die elektrische Anbindung einer externen Energieeinheit (nicht dargestellt), über an Kabeln 22 befestigte Kabelschuhe 24 (siehe 1 und 2) erfolgt, ist an der Verbindungsbuchse 10 weiterhin eine Aufnahme 21 vorgesehen, die dazu ausgelegt ist ein Schraubenelement 20 aufzunehmen, das zum einen den Kabelschuh 24 an der Verbindungshülse befestigt und zum anderen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kabelschuh 24, der Hülse 15 und der Stromschiene 9 herstellt. Dazu ist weiterhin, wie den 1 und 2 zu entnehmen, eine elektrisch leitende Verbindungsmutter 23 vorgesehen, die die Schraube 20 aufnimmt und einen elektrischen Kontakt zwischen der Hülse 15 und der Stromschiene 9 herstellt.
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Wie insbesondere den 1 und 4 weiter zu entnehmen, ist an dem ersten Abschnitt 11 der Verbindungsbuchse 10 weiterhin eine Verdrehsicherung ausgebildet, die bei dem in 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Fortsatzes 14 mit einer Befestigungsnase 16 ausgebildet ist.
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Da insbesondere die Verbindungsbuchse 10 eine Kunststoffummantelung 17 aufweisen kann, kann dabei der Fortsatz 14 mit der Befestigungsnase 16 direkt beim Spritzvorgang der Kunststoffummantelung 17 mit ausgebildet werden. Die Verdrehsicherung wird dabei dadurch bereitgestellt, dass die Befestigungsnase 16 in eine Aufnahme 18 (siehe 1) des Klemmbodens 8 einpassbar ist und für eine drehfeste Verbindung der Verbindungsbuchse 10 mit dem Klemmboden 8 sorgt. Dadurch kann ein Verdrehen der Verbindungsbuchse 10 während einer Befestigung des Leistungsanschlusses mittels der Schraubenelementen 20 verhindert werden. Eine Verdrehung der Verbindungsbuchse 10 während des Verschraubungsvorgangs kann nachteiligerweise zu einer Beschädigung des Dichtelements 13 führen, was wiederum eine Leckage an der Leistungsanschlussbox 4 nach sich ziehen könnte.
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5 und 7 zeigen eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der in 1 und 2 in Schnittansicht dargestellte Verbindungsanordnung 1, wobei über die Kabelschuhe 24 und die Schraubenelemente 20 die Verbindungskabel 22 an den Verbindungsbuchsen 10 angebunden sind. Um die Kabelschuhe 24 gut an der Verbindungsbuchse 10 zu befestigen, kann die Verbindungsbuchse 10 weiterhin an ihrer zu dem Kabelschuh 24 zeigenden Seite eine Vertiefung aufweisen, in die der Kabelschuh 24 einführbar ist. Eine derartige Vertiefung kann aber selbstverständlich auch an der in den 3 und 4 dargestellten Verbindungsbuchse 10 ausgebildet sein.
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5 zeigt weiterhin, dass der erste Abschnitt 11 der Verbindungsbuchse 10 in im Wesentlichen viereckiger Form ausgebildet ist, während der zweite Abschnitt 12 eine im Wesentlichen runde Form aufweist (siehe 6). Weiterhin zeigen die 5 und 6, dass an dem ersten Abschnitt 11 eine Einsenkung 26 vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, den Kabelschuh 24 (siehe 7) darin aufzunehmen. Wie oben schon erwähnt, kann die Einsenkung 26 analog auch an der runden Ausgestaltung der Verbindungsbuchse 10, wie in den 3 und 4 dargestellt, ausgebildet sein.
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Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Verbindungsbuchse 10, das im Detail in 6 dargestellt ist, zeigt dagegen, wie schon erwähnt, in einem ersten Abschnitt 11 eine viereckige Form, während es in einem zweiten Abschnitt 12 eine runde Form aufweist. Dabei ist die runde Form wiederum statorseitig ausgebildet, um in die Öffnung im Klemmboden 8 einzugreifen, wobei die Dichtung 13 wiederum für eine Abdichtung sorgt.
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Die im Wesentlichen viereckige Form des ersten Abschnitts 11 sorgt für eine integrale Verdrehsicherung, so dass auf einen Fortsatz 14 verzichtet werden kann. Dabei zeigen die 5 und 6, dass eine Verdrehsicherung über eine entsprechende Abmaßung des ersten Abschnitts 11 in seiner Länge L und Breite B erfolgt. Würde sich die Verbindungsbuchse 10a (siehe 5) beim Befestigung der Befestigungselemente 20 in der Aufnahme 21 verdrehen, so würde eine Kante 32 oder 34 der Verbindungsbuchse 10 an einer Innenwandung 36 der Leistungsanschlussbox 4 oder an der benachbarten Verbindungsbuchse 10b anstoßen, wodurch ein Verdrehen verhindert wird.
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Weiterhin zeigen die 5 und 6, dass die Verbindungsbuchse 10 eine Einführungsschiene 38 aufweist, die eine Aufnahme eines Kabelschuhs (siehe 7) in der Verbindungsbuchse 10 erleichtert. Gleichzeitig kann die Einsenkung 26 eine in Richtung Leistungsanschluss leicht gewölbte Form aufweisen, durch die, trotz der Fertigungstoleranzen, der Kabelschuh 24 problemlos in der Verbindungsbuchse 10 aufgenommen und verdrehsicher gehalten werden kann.
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7 zeigt die Situation aus 5 mit angeschlossenen Verbindungskabeln 22, wobei der Kabelschuh 24 in der Verbindungsbuchse 10 aufgenommen ist. Dabei ermöglicht die viereckige Ausgestaltung der Verbindungsbuchse, wie in den 5 bis 7 dargestellt, dass auf eine zusätzliche Verdrehsicherung verzichtet werden kann, so dass die Montage weiter vereinfacht ist. Dabei kann die Bemaßung der Verbindungsbuchsen 10 derart ausgestaltet sein, dass möglichst viele unterschiedliche Leistungsanschlussboxen 4 mit einer gleich ausgestalteten Verbindungsbuchse 10 ausgestattet werden können.
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Insgesamt ermöglicht die Ausgestaltung der Verbindungsanordnung 1 mit separaten Verbindungsbuchsen 10 einen universellen Einsatz in einer Vielzahl von Leistungsanschlussboxen 4. Dadurch wird vorteilhafterweise die Montage vereinfacht und es müssen nicht mehr individuell angepasste Verbindungseinheiten gefertigt werden. Zudem weist die Verbindungsbuchse 10 eine Verdrehsicherung auf, die eine Beschädigung der Dichtung 13 zuverlässig verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungsanordnung
- 2
- Gehäuse einer elektrischen Maschine
- 3
- Stator
- 4
- Leistungsanschlussbox
- 5
- Leistunganschluss
- 6
- Leistungsanschlussöffnung
- 7
- Rand der Leistungsanschlussbox
- 8
- Klemmboden
- 9
- Stromschiene
- 10
- Verbindungsbuchse
- 11
- erster Abschnitt der Verbindungsbuchse
- 12
- zweiter Abschnitt der Verbindungsbuchse
- 13
- Dichtung
- 14
- Fortsatz
- 15
- Hülsenabschnitt der Verbindungsbuchse
- 16
- Befestigungsnase
- 17
- Kunststoffummantelung der Verbindungsbuchse
- 18
- Aufnahme im Klemmboden
- 19
- Schaltring
- 20
- Befestigungselement
- 21
- Aufnahme für das Befestigungselement
- 22
- Verbindungskabel
- 23
- Befestigungsmutter
- 24
- Kabelschuh
- 26
- Aufnahme
- 32
- erster Rand der Verbindungsbuchse
- 34
- zweiter Rand der Verbindungsbuchse
- 36
- Innenwandung der Leistungsanschlussbox
- 38
- Einführungsschiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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