DE102014201191A1

DE102014201191A1 - Leistungsanschlusseinheit für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102014201191A1
Application number: DE102014201191.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Wittmann; Roland Lindwurm; Manfred Zimmer; Gerald Viernekes; Alexander Schäflein; Christoph Wieder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-23
Also published as: CN204633517U

Abstract

Offenbart wird ein Leistungsanschlusseinheit (1) für eine Elektrische Maschine (30), insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, der zumindest ein elektrisch leitendes Stromschienenelement (2) mit einem ersten im Wesentlichen starren Verbindungsende (4) und einem zweiten im Wesentlichen starren Verbindungsende (6) aufweist, wobei das erste Verbindungsende (4), direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit zumindest einem Schaltring (42) eines Stators (38) der elektrischen Maschine (30) verbindbar ist, und das zweite Verbindungsende (6), direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit einer externen Energieeinheit verbindbar ist, wobei das Stromschienenelement (2) im Bereich des ersten und zweiten Verbindungsendes (4; 6) zumindest teilweise eine Kunststoffummantelung (10; 12) aufweist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsende (4; 6) des mindestens einen Stromschienenelements (2) ein im Wesentlichen flexibles Zwischenelement (8) angeordnet ist, das an einer ersten Anschlussstelle (16) mit dem ersten Verbindungsende (4; 6) und an einer zweiten Anschlussstelle (16) mit dem zweiten Verbindungsende (4; 6) verbunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leistungsanschlusseinheit (1).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsanschlusseinheit für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen.
Bei Elektromotoren, insbesondere bei Hybridfahrzeugelektromotoren werden üblicherweise die elektrischen Anschlüsse eines Statorwicklungssystems mit Stromschienen verbunden, die sich in axialer Richtung nach radial außen durch eine Motoröffnung in einen Aufnahmeraum eines Anschlussgehäuses erstrecken. Dort werden die Stromschienen mittels eines weiteren Verbindungsanschlusses mit Stromquellenkabeln bzw. Phasenanschlüssen verbunden, die wiederum eine elektrische Verbindung zu einer externen Energieeinheit bereitstellen. Aus der DE 10 2011 077 294 ist bekannt, dass diese Leistungsanschlusseinheit als ein Kunststoffverbundelement ausgeführt ist, in dem die Stromschienen zumindest auf einem Teil ihrer Erstreckung gegenseitig voneinander beabstandet in einem Kunststoffmantel eingebettet sind. Dabei liegt die Leistungsanschlusseinheit als vorgefertigtes Bauteil, insbesondere als ein Kunststoffspritzgussverbundelement, vor, das erst nach Kontaktierung der Spulenenden am Stator festgelegt wird.
Derartige Leistungsanschlusseinheiten werden insbesondere bei Hybridfahrzeugen eingesetzt. Dabei entsteht jedoch das Problem, dass die von einem Verbrennungsmotor verursachten Schwingungen sich auch auf den Elektromotor und damit auf die einzelnen Komponenten der elektrischen Maschine übertragen. Da aber die Leistungsanschlusseinheit über das Anschlussgehäuse starr mit dem nicht schwingenden Motorgehäuse verbunden ist, können die eingetragenen Schwingungen zu einem Drahtabriss der Spulenenden an ihren Kontaktstellen zu den Schaltringen des Stators führen. Auf die Kunststoffummantelung soll jedoch nicht verzichtet werden, da sie die Stromschienen gegeneinander isoliert, vor Umwelteinflüssen schützt, und für eine leichte Montage sorgt. Eine flexible Ausgestaltung, wie beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, mittels eines Drahts, ist deshalb nicht angestrebt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Leistungsanschlusseinheit für eine elektrische Maschine mit kunststoffummantelten Stromschienen bereitzustellen, die auch bei von einem Verbrennungsmotor übertragenen Schwingungen eine elektrische Verbindung zwischen dem Stator und der externen Energieeinheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Leistungsanschlusseinheit gemäß Patentanspruch 1, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leistungsanschlusseinheit gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Leistungsanschlusseinheit für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei die Leistungsanschlusseinheit zumindest ein elektrisch leitendes Stromschienenelement mit einem ersten im Wesentlichen starren Verbindungsende und einem zweiten im Wesentlichen starren Verbindungsende aufweist. Dabei ist das erste Verbindungsende, direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit zumindest einem Schaltring eines Stators der elektrischen Maschine verbindbar, während das zweite Verbindungsende, direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit einer externen Energieeinheit verbindbar ist. Dabei bedeutet direkt oder indirekt verbindbar, dass das Verbindungsende direkt einen Schaltring bzw. eine externe Energieeinheit kontaktieren kann, aber auch zwischengeschaltete weitere Elemente, wie beispielsweise ein Verbindungskabel oder eine Verbindungsbuchse oder -hülse, vorhanden sein können. Das Stromschienenelement selbst ist, insbesondere im Bereich des ersten und/oder zweiten Verbindungendes, zumindest teilweise mit einer Kunststoffummantelung ausgestattet, die unter anderem als Isolierung nach außen und Isolierung zu einem daneben angeordneten weiteren Stromschienenelement dient. Die Kunststoffummantelung kann dabei als Kunststoffspritzgussverbundelement ausgebildet sein.
Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsende des mindestens einen Stromschienenelements ein im Wesentlichen flexibles Zwischenelement anzuordnen, das an einer ersten Anschlussstelle mit dem ersten Verbindungsende und einer zweiten Anschlussstelle mit dem zweiten Verbindungsende verbunden ist. Aufgrund dieses flexiblen Zwischenelements ist es möglich, Schwingungen, die beispielsweise von einer Verbrennungsmaschine eingetragen werden und zu einer Dekontaktierung der Statorspulenenden von den Schaltringen bzw. der externen Energieeinheit führen können, zu entkoppeln.
Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn das flexible Zwischenelement ebenfalls von einem elektrisch isolierenden Isolierelement, insbesondere einem, vorzugsweise flexiblen, Kunststoffelement, vorzugsweise einem Schrumpfschlauch umgeben ist, der das Zwischenelement von der Umgebung elektrisch isoliert. Dabei ist das das flexible Zwischenelement isolierende Isolierelement ebenfalls vorzugsweise flexibel ausgebildet, so dass die Flexibilität des Zwischenelements nicht beeinträchtigt wird. Dadurch kann sichergestellt sein, dass das gesamte Stromschienenelement elektrisch gegenüber der Umgebung, insbesondere einem nebenliegenden Stromschienenelement isoliert ist.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da bei herkömmlichen Elektromotoren drei Schaltringe vorgesehen sind, die für eine Bestromung des Stators sorgen. Diese drei Schaltringe werden üblicherweise jeweils über ein Stromschienenelement mit einem jeweiligen Anschluss der externen Energieeinheit angebunden, wobei die Stromschienenelemente üblicherweise in räumlicher Nähe zueinander verlaufen. Eine elektrische Isolierung der Stromschienenelemente gegeneinander ist deshalb vorteilhaft. Dies wird besonders einfach über die Kunststoffummantelung erreicht, die jedoch bis jetzt im Stand der Technik nur vollkommen starre Leistungsanschlusseinheiten zuließ. Durch das flexible Zwischenelement, das optional zudem mit dem flexiblen Isolierelement umgeben ist, kann die flexible Ausbildung eines kunststoffummantelten Stromschienenelements erreicht werden. Fehlt das optionale Isolierelement, so kann beispielsweise auch die umgebende Luft als Isolator dienen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist das Zwischenelement zumindest im Bereich der ersten und/oder zweiten Anschlussstelle von der das erste und/oder zweite Verbindungselement umgebenden Kunststoffummantelung umgeben. Dabei kann erreicht werden, dass das Stromschienenelement in einem weiten Bereich elektrisch isoliert ist. Ist zudem das optional flexible Isolierelement um das Zwischenelement angeordnet, so kann dieses Isolierelement gleichzeitig mittels der Kunststoffummantelung in seiner Lage fixiert werden. Es ist deshalb weiterhin vorteilhaft, wenn die Kunststoffummantelung das Isolierelement zumindest im Bereich der Anschlussstellen umgibt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Zwischenelement mittels einer stoffschlüssigen und/oder mittels einer formschlüssigen Verbindung mit dem ersten und/oder zweiten Verbindungsende verbunden. Dabei kann das Zwischenelement beispielsweise an das erste und/oder zweite Verbindungsende angelötet, angeschweißt oder mit diesem verschraubt sein.
Alternativ oder zusätzlich können das Zwischenelement und das erste und/oder zweite Verbindungselement auch integral miteinander ausgebildet sein.
Die integrale Ausbildung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Zwischenelement mindestens zwei stromführende, vorzugsweise übereinanderliegende Leitereinheiten, insbesondere mindestens zwei Leiterbänder und/oder Leiterlamellen, aufweist. Dabei kann beispielsweise das erste und/oder zweite starre Verbindungsende des Stromschienenelements auch darüber hergestellt werden, dass die mindestens zwei Leitereinheiten miteinander pressverschweißt werden. Dadurch kann besonders einfach das Stromschienenelement mit flexiblem Zwischenelement und starren Verbindungsenden hergestellt werden.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das Zwischenelement zwar aus den mindestens zwei stromführenden, übereinanderliegenden Leitereinheiten, insbesondere den zwei Leiterbändern und/oder Leiterlamellen herzustellen, diese Leitereinheiten jedoch nur an ihren Enden miteinander zu pressverschweißen und dann mit einem ersten und/oder zweiten starren Verbindungsende formschlüssig und/oder stoffschlüssig zu verbinden. Dabei ist zudem vorteilhaft, wenn das erste und/oder zweite starre Verbindungsende aus einem Vollmaterial ausgebildet ist. Eine nicht integrale Ausbildung vereinfacht dabei das Anbringen des Isolierelements an dem flexiblen Zwischenstück des Stromschienenelements.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Flexibilität des Zwischenelements insbesondere über seine Formgebung ausgebildet. Dadurch kann ein besonders stabiles Zwischenelement hergestellt werden.
Vorteilhafterweise wird dabei die Formgebung des Zwischenelements über Formbiegen, Ausstanzen und/oder Ausschneiden bereitgestellt. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten der flexiblen Ausgestaltung des Zwischenelements möglich. Insbesondere Formbiegen, Ausstanzen und/oder Ausschneiden ermöglichen jedoch vorzugsweise eine besonders einfache und schnelle Herstellung eines flexiblen Zwischenelements. Dabei ist insbesondere die Ausbildung aus übereinanderliegenden Leiterbändern, die in Form gebogen, ausgestanzt oder ausgeschnitten werden, bevorzugt.
Um die Formgebung zu fixieren und gleichzeitig die Flexibilität bereitzustellen, kann das Zwischenelement vorteilhafterweise an seinem Enden miteinander pressverschweißt ausgebildet sein. Die Pressverschweißung hat zudem den Vorteil, dass eine gute Anbindung an das erste und/oder zweite Verbindungsende möglich ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das erste und/oder zweite starre Verbindungselement über das Pressverschweißen zweier Leiterbahnen auszubilden, ohne dass gleichzeitig das Zwischenelement integral mit den Verbindungselementen ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist weiterhin am zweiten Verbindungsende ein vergrößertes, vorzugsweise im Wesentlichen ringförmiges, Anschlussstück ausgebildet. Das vergrößerte Anschlussstück gewährleistet dabei, dass eine ausreichende Kontaktfläche für ein Verbindungskabel oder ein weiteres Zwischenstück, beispielsweise eine Verbindungsbuchse oder -hülse, vorhanden ist.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn am zweiten Verbindungsende, insbesondere am vergrößerten Anschlussstück eine vorzugsweise kreisförmige Aussparung ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, ein Verbindungselement, insbesondere einen Kabelschuh befestigendes Befestigungselement, insbesondere eine Schraube aufzunehmen, um eine Verbindung mit der externen Energieeinheit bereitzustellen. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn im Bereich der kreisförmigen Aussparung zudem ein Befestigungsmittel, insbesondere ein Befestigungsgegenstück für das Befestigungselement, beispielsweise eine Mutter angeordnet ist, die vorzugsweise das vergrößerte Anschlussstück elektrisch leitend kontaktiert. Dadurch kann eine besonders einfache Befestigung der Verbindungszuleitungen zu der externen Energieeinheit mit den Stromschienen bereitgestellt werden.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Befestigungsmittel ebenfalls von der Kunststoffummantelung aufgenommen ist, so dass die Montage weiter erleichtert ist.
Um auch eine elektrische Isolierung des Befestigungsmittels gegenüber der Umgebung bereitzustellen, kann weiterhin eine Abdeckkappe vorgesehen sein, die das Befestigungsmittel auf einer dem zweiten Verbindungsende abgewandten Seite gegen die Umgebung abdichtet.
Vorteilhafterweise wird mithilfe der Kunststoffummantelung ein Anschlussgehäuse oder zumindest ein Klemmboden für die Verbindung zu der externen Energieeinheit geschaffen. Zudem kann dadurch die Montage vereinfacht werden, da lediglich eine vorgefertigte Baueinheit zur Verbindung zwischen den Schaltringen der elektrischen Maschine und der externen Energieeinheit bzw. den Verbindungskabeln der externen Energieeinheit benötigt wird.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsanschlusses für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, wobei insbesondere eine Leistungsanschlusseinheit wie oben beschrieben, hergestellt wird. Insbesondere umfasst die herzustellende Leistungsanschlusseinheit ein Stromschienenelement mit einem ersten im Wesentlichen starren Verbindungsende und einem zweiten im Wesentlichen starren Verbindungsende, wobei das erste Verbindungsende direkt oder indirekt elektrisch leitend mit mindestens einem Schaltring eines Stators der elektrischen Maschine zu verbinden ist und das zweite Verbindungsende direkt oder indirekt elektrisch leitend mit einer externen Energieeinheit verbindbar ist. Dabei weist das Stromschienenelement im Bereich des ersten und zweiten Verbindungsendes zumindest teilweise eine Kunststoffummantelung auf. Um diese Kunststoffummantelung bereitzustellen, werden beim Herstellen folgende Schritte ausgeführt:
In einem ersten Schritt wird die Kunststoffummantelung an dem zweiten Verbindungsende ausgebildet. Dann wird Kunststoff über einen für den Kunststoff ausgebildeten Verbindungskanal von dem zweiten Verbindungsende in Richtung des ersten Verbindungsendes geleitet. Durch den über die Verbindungsleitungen geführten Kunststoff wird dann die Kunststoffummantelung an dem ersten Verbindungsende ausgebildet.
Dadurch entsteht zwischen erstem und zweitem Verbindungsende ein aus starrem Kunststoff gefertigter Verbindungssteg, der das erste und das zweite Verbindungsende zueinander starr fixiert. Das bedeutet aber auch, dass die Flexibilität des zwischen erstem und zweitem Verbindungsende angeordneten flexiblen Zwischenelements über die Verbindungsstege aus starrem Kunststoff eingeschränkt ist.
Auf der anderen Seite ermöglichen die starren Verbindungsstege auch, dass die Montage der Leistungsanschlusseinheit deutlich vereinfacht werden kann, da erstes und zweites Verbindungsende eine definierte Lage zueinander einnehmen.
Um die Flexibilität der Leistungsanschlusseinheit jedoch zu gewährleisten, werden in einem weiteren Schritt, vorzugsweise nach der Montage der Leistungsanschlusseinheit an der elektrischen Maschine und/oder der externen Energieeinheit, die Verbindungsstege abgetrennt, so dass die Schaltringe des Stators und die externe Energieeinheit über eine flexible mit Kunststoff ummantelte Leistungsanschlusseinheit verbunden sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereich der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein über die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht durch eine Leistungsanschlusseinheit mit einer vergrößerten Detailansicht;
2: eine schematische perspektivische Ansicht eines Stromschienenelements ohne und mit Isolierelement;
3: eine schematische Draufsicht auf die Leistungsanschlusseinheit vor und nach der Montage; und
4: eine schematische Schnittdarstellung einer Teilansicht einer elektrischen Maschine mit daran angeordneter Leistungsanschlusseinheit.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch eine Leistungsanschlusseinheit 1 für eine elektrische Maschine (nicht dargestellt).
Dabei weist die Leistungsanschlusseinheit 1 mindestens ein Stromschienenelement 2 auf, das mit einem Schaltring (nicht dargestellt) einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) kontaktiert werden kann. Wie 1a weiterhin zu entnehmen, weist das Stromschienenelement 2 ein erstes Verbindungsende 4 und ein zweites Verbindungsende 6 auf, die im Wesentlichen starr ausgebildet sind, wobei das erste Verbindungsende 4 mit einem Schaltring (nicht dargestellt) einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) kontaktiert werden kann, während das zweite Verbindungsende 6 dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zu einer externen Energieeinheit (nicht dargestellt) bereitzustellen. Zwischen den im Wesentlichen starr ausgebildeten ersten und zweiten Verbindungsenden 4, 6 ist ein flexibles Zwischenelement 8 angeordnet, dessen Flexibilität beispielsweise wie dargestellt über seine Wellenform bereitgestellt ist. Zudem kann das flexible Zwischenelement 8, wie in 1b angedeutet, aus einer Mehrzahl übereinanderliegenden Leiterbänder 14 ausgebildet sein, die die Flexibilität des Zwischenelements 8 bereitstellen.
Weiterhin ist 1a zu entnehmen, dass das Stromschienenelement 2 zumindest im Bereich des ersten und zweiten Verbindungsendes zumindest teilweise jeweils eine Kunststoffummantelung 10, 12 aufweist. Diese Kunststoffummantelung 10, 12 ist dazu ausgelegt, das Stromschienenelement 2 gegenüber einer Umgebung zu isolieren und die Stromschienenelemente 2 ebenfalls voneinander zu isolieren. Auf die Isolierungsfunktion und das tatsächliche Aussehen der Kunststoffummantelung 10, 12 wird weiter unten näher eingegangen.
Wie 1a und besonders der Detailansicht von 1b zu entnehmen ist, weist das flexible Zwischenelement 8 eine Vielzahl übereinanderliegender Leitungsbänder 14-1, 14-5, ... auf, die im Bereich zwischen der Kunststoffummantelung 10, 12 voneinander getrennt ausgebildet sind. Dagegen sind an Anschlussstellen 16 zu den starren Verbindungsenden 4, 6 die Leiterbänder 14 miteinander pressverschweißt, so dass eine Anbindung an die starren Verbindungsenden 4, 6 ermöglicht ist. Alternativ können auch die starren Verbindungsenden 4, 6 integral mit den Leiterbändern 14 ausgebildet sein, wobei für die starren Verbindungsenden 4, 6 die Leiterbänder 14 miteinander pressverschweißt sein können. Alternativ kann aber auch eine oder auch beide Anschlussstellen 16 stoffschlüssig oder formschlüssig, beispielsweise durch Schweißen oder Verschrauben mit dem jeweiligen starren Verbindungsende 4, 6 verbunden sein.
Weiterhin zeigen 1a und 1b, dass das flexible Element 8 von einem flexiblen Isolierelement 18, insbesondere einem Schrumpfschlauch umgeben ist, der das flexible Element 8 gegenüber der Außenwelt isoliert. Gleichzeitig ist insbesondere 1b zu entnehmen, dass sich das Isolierelement 18 bis unter die Kunststoffummantelung 10; 12 erstreckt und von dieser formschlüssig umgeben wird.
Aufgrund dieses Isolierelements 18 kann zum einen sichergestellt sein, dass eine elektrische Isolierung des Stromschienenelements 2 auch im Bereich des flexiblen Zwischenelements 8 bereitgestellt ist und zum anderen, dass beim Ummanteln der Leistungsanschlusseinheit 1 mit Kunststoff kein Kunststoff in die Zwischenräume der Leiterbänder 14 eindringen kann und so die Flexibilität des flexiblen Zwischenelements 8 behindert.
Weiterhin zeigt die Schnittansicht durch 1, dass nicht nur ein Stromschienenelement 2, sondern nebeneinanderliegend mehrere Stromschienenelemente 2-1, 2-2, 2-3 angeordnet sind. Dies wird insbesondere deutlich bei den schematischen Darstellungen der 2a und 2b, die die Leistungsanschlusseinheit 1 in räumlicher Darstellung ohne die Kunststoffummantelung 10; 12 zeigen. Dabei ist 2a zu entnehmen, dass die Stromschienenelemente 2-1, 2-2 und 2-3 jeweils nebeneinander angeordnet sind und entsprechend jeweils ein erstes starres Verbindungsende 4-1, 4-2, 4-3 und jeweils ein zweites starres Verbindungsende 6-1, 6-2, 6-3 sowie flexible Zwischenelemente 8-1, 8-2, 8-3 aufweisen. Die flexiblen Zwischenelemente 8-1, 8-2, 8-3 können, wie 2b zeigt, vor dem Ummanteln noch mit flexiblen Isolierelementen 18, insbesondere dem Schrumpfschlauch überzogen werden. Die Isolierelemente 18 erstrecken sich dann bis über die Anschlussstelle 16 zwischen dem Zwischenelement 8 und dem ersten bzw. zweiten Verbindungsende 4, 6.
Weiterhin ist den perspektivischen Ansichten der 2 zu entnehmen, dass an den Enden der zweiten Verbindungsenden 6-1, 6-2, 6-3 jeweils vergrößerte ringförmige Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 ausgebildet sind, die wiederum jeweils eine kreisförmige Aussparung 20-1, 20-2, 20-3 ausbilden, die für die Aufnahme eines Befestigungselements für ein Verbindungskabel zu der externen Energieeinheit (nicht dargestellt) ausgebildet sind. Die vergrößerten Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 dienen dazu eine ausreichende Kontaktfläche für die elektrische Kontaktierung eines Verbindungskabels oder einer Verbindungsbuchse oder -hülse bereitzustellen, wie weiter unten noch mit Bezug auf 4 näher erläutert wird.
2 zeigt weiterhin, dass die ringförmigen Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 jeweils derart ausgebildet sind, dass sie im Wesentlichen linear zueinander angeordnet sind. Dazu weisen die Stromschienenelemente 2-1, 2-2, 2-3 an ihren zweiten Verbindungsenden, insbesondere bei dem zweiten und dritten Stromschienenelement 2-2, 2-3 Abkröpfungen 22-2, 22-3 auf, die ermöglichen, dass die ringförmigen Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 im Wesentlichen auf einer Linie angeordnet sind.
Rückkehrend zur 1a wird diese lineare Anordnung der ringförmigen Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 ebenfalls deutlich, da sie alle in der gleichen Schnittebene der 1 liegen.
Weiterhin zeigt 1a, dass unterhalb der ringförmigen Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3 Muttern 24-1, 24-2, 24-3 angeordnet sind, die wie weiter unten genauer beschrieben, mit einem Befestigungselement für ein Verbindungskabel zu der externen Energieeinheit (nicht dargestellt) zusammenwirken. Dabei sind die Muttern 24-1, 24-2, 24-3 ebenfalls von der Kunststoffummantelung 12 umgeben, so dass insgesamt eine vorgefertigte Baueinheit für die Leistungsanschlusseinheit der elektrischen Maschine bereitsteht.
Eine weitere Besonderheit ist in den 3a und 3b gezeigt, die jeweils eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Leistungsanschlusseinheit 1 mit der Kunststoffummantelung 10 und der Kunststoffummantelung 12 darstellen. Zudem zeigen die 3a und 3b, dass die flexiblen Zwischenelemente 8-1, 8-2, 8-3 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und voneinander getrennt ausgebildet sind, während die starren Verbindungsenden, die hier nicht dargestellt sind, insgesamt von der Kunststoffummantelung 10 bzw. 12 umgeben sind. Ausgenommen von der Kunststoffummantelung 12 sind jedoch die ringförmigen Anschlussstücke 28-1, 28-2, 28-3, die mit den Kabelschuhen der Verbindungskabel der externen Energieeinheit direkt oder indirekt verbunden werden.
Die Besonderheit wird bei einem Vergleich der beiden 3a und 3b deutlich. Wie 3a zu entnehmen, bestehen zwischen der Kunststoffummantelung 10 und der Kunststoffummantelung 12 Verbindungstege 26-1 und 26-2, die in der Ausbildung von 4b nicht vorhanden ist. Dabei haben die Verbindungsstege 26-1, 26-2 folgende Bewandtnis: Bei der Herstellung der Kunststoffummantelung 10, 12 wird zuerst das zweite Verbindungsende 6 mit Kunststoff ummantelt, also zuerst wird die Kunststoffummantelung 12 hergestellt. Dem Kunststoff wird aber während dieses Prozesses ermöglicht über Verbindungskanäle in Richtung der ersten Verbindungsenden 4 zu fließen, und dort die Kunststoffummantelung 10 auszubilden. Während dieses Prozesses entstehen die Verbindungsstege 26-1, 26-2. Diese haben den weiteren Vorteil, dass sie trotz des flexiblen Zwischenelements 8 das erste Verbindungsende 4 und das zweite Verbindungsende 6 in ihrer Lage zueinander starr fixieren. Dadurch kann die Leistungsanschlusseinheit 1 als starres vorgefertigtes Bauteil an den entsprechenden Stellen des Elektromotors bzw. der externen Energieeinheit montiert werden. Dadurch kann zum einen eine Beschädigung des flexiblen Zwischenelements 8 während der Montage oder eines Transports vermieden und die Montage selbst vereinfacht werden. Erst nach der Endmontage werden die Verbindungselemente 26-1, 26-2 durchtrennt, wie in 4b dargestellt, so dass die flexible Leistungsanschlusseinheit 1 hergestellt ist.
Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die 4 der Stromfluss durch die Leistungsanschlusseinheit 1 erläutert werden. Dabei zeigt 4 eine Schnittansicht durch eine Teilansicht einer in einem Motorgehäuse 32 angeordneten elektrischen Maschine 30, wobei von der elektrischen Maschine 30 lediglich eine Statorspule 38 gezeigt ist. Weiterhin zeigt 4, dass in dem Motorgehäuse 32 eine Anschlussbox 34 ausgebildet ist, die mit einem Deckel 36 abgeschlossen ist. Die Anschlussbox 34 ermöglicht einen elektrischen Zugang dem Stator 38 der elektrischen Maschine 30. Zur Bestromung der Statorspulen 38 sind neben den Statorspulen 38 Schaltringe 42-1, 42-2, 42-3 angeordnet, die elektrisch leitend mit den zugehörigen Spulen verbunden sind.
Um diese Schaltringe 42 mit Strom zu versorgen, wird üblicherweise eine externe Energieeinheit (nicht dargestellt) elektrisch leitend über die Leistungsanschlusseinheit 1 mit den Schaltringen 42 verbunden. Da jeder der drei Schaltringe 42-1, 42-2, 42-3 separat mit Strom beaufschlagt werden muss, ist auch die Leistungsanschlusseinheit dreiphasig ausgeführt und weist, wie oben beschrieben, drei parallel zueinander angeordnete Stromschienenelemente 2-1, 2-2, 2-3 auf, die mit ihren ersten Verbindungsenden 4-1, 4-2, 4-3 ihren jeweils zugehörigen Schaltring 42-1, 42-2, 42-3 kontaktieren. Die Schnittansicht von 4 zeigt aber lediglich das erste Verbindungsende 4-1 des ersten Stromschienenelements 2-1.
Weiterhin ist der 4 zu entnehmen, dass bei einer, wie aus dem Stand der Technik bekannten, starren Verbindung der Kunststoffummantelungen 10, 12 bei Vibrationen ein Abriss der Spulenverbindung eintreten kann, da bei herkömmlichen Leistungsanschlusseinheiten der gesamte Leistungsanschluss starr mit der Anschlussbox 34 und damit mit dem Motorgehäuse 32 verbunden ist, während sich die Vibrationen einer Verbrennungsmaschine auf den Elektromotor und damit die Statorspulen übertragen.
Da jedoch zwischen erstem Verbindungsende 4 und zweiten Verbindungsende 6 und damit zwischen Kunststoffummantelung 10 und Kunststoffummantelung 12 das flexible Zwischenelement 8 angeordnet ist, sind beide Teile schwingungsentkoppelt, so dass eine Beschädigung der Kontaktierung der Spulenenden vermieden werden kann.
Weiterhin zeigt 4, dass die zweite Kunststoffummantelung 12 in dem Anschlussgehäuse 34 angeordnet und einen Teil einer Adapterplatte 44 für den Anschluss der externen Energieeinheit ausbildet. Die Adapterplatte 44 ist dabei zweiteilig ausgebildet und weist in ihrem unteren Bereich die Kunststoffummantelung 12 der Leistungsanschlusseinheit 1 auf. Ihr oberer Bereich 46 weist ebenfalls eine Kunststoffummantelung 48 auf, die Verbindungshülsen 50-1, 50-2, 50-3 ummantelt. An der Kunststoffummantelung 48 sind weiterhin Dichtungselemente 52 angeordnet, die die Kunststoffummantelung 48 gegen das Anschlussgehäuse 34 und gegen die Kunststoffummantelung 12 abdichten.
Wie 5 weiterhin zu entnehmen, sind die Verbindungshülsen 50-1, 50-2, 50-3 in elektrisch leitendem Kontakt mit den ringförmigen Anschlusstücken 28-1, 28-2, 28-3 des zweiten Verbindungsendes 6-1, 6-2 und 6-3, wobei jede Verbindungshülse 50-1, 50-2, 50-3 elektrisch leitend einen Kabelschuh 54-1, 54-2, 54-3 kontaktiert, die wiederum mit Verbindungskabeln der externen Energieeinheit verbunden sind. Um eine elektrische Kontaktierung der Kabelschuhe 54 mit den Hülsen 50 und den Verbindungsenden 6 zu gewährleisten, ist weiterhin ein Befestigungsmittel 56-1, 56-2, 56-3 vorgesehen, das in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Schraube ausgebildet ist und mit der in der Kunststoffummantelung 12 ausgebildeten Mutter 24-1, 24-2, 24-3 zusammenwirkt. Weiterhin ist 4 zu entnehmen, dass die Kunststoffummantelung 12 an ihrem unteren, dem Stator zugewandten Bereich ebenfalls isoliert ist, wobei Abdeckkappen 58-1, 58-2, 58-3 zum Einsatz kommen.
Vorteilhafterweise ermöglicht das flexible Zwischenelement, dass eine Leistungsanschlusseinheit bereitgestellt werden kann, die einen großen Schutz gegen Umwelteinflüsse aufgrund der Kunststoffummantelung der Stromschienen bereitstellt, zum anderen jedoch die gewünschte Flexibilität aufweist, um einen Drahtabriss der Spulenenden an ihren Kontaktstellen zu den Schaltringen zu vermeiden. Zudem ermöglicht das Verfahren bzw. die Ausbildung der Verbindungsstege und erst das spätere nach der Endmontage erfolgende Abtrennen dieser Verbindungsstege eine Montagesicherung und vereinfacht die Montage des eigentlich flexibel ausgebildeten Leistungsanschlusses. Gleichzeitig kann dadurch auch verhindert werden, dass die flexibel ausgebildeten Zwischenelemente an ihren Anschlussstellen während der Montage oder während eines Transports beschädigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Leistungsanschlusseinheit
2: Stromschienenelement
4: erstes Verbindungsende
6: zweites Verbindungsende
8: flexibles Zwischenelement
10, 12: Kunststoffummantelung
14: Leiterbänder
16: Anschlussstelle
18: Isolierelement
20: kreisförmige Aussparung
22: Abkröpfung
24: Befestigungsmittelgegenstück (Mutter)
26: Verbindungssteg
28: ringförmiges Anschlussstück
32: Motorgehäuse
34: Anschlussgehäuse
36: Deckel
38: Stator
42: Schaltringe
44: Adapterplatte
46: zweiter Bereich
48: Kunststoffummantelung
50: Verbindungshülse
52: Dichtelement
54: Kabelschuh
56: Befestigungsmittel (Schraube)
58: Abdeckkappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011077294 [0002]

Claims

Leistungsanschlusseinheit (1) für eine elektrische Maschine (30), insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, der zumindest ein elektrisch leitendes Stromschienenelement (2) mit einem ersten im Wesentlichen starren Verbindungsende (4) und einem zweiten im Wesentlichen starren Verbindungsende (6) aufweist, wobei das erste Verbindungsende (4), direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit zumindest einem Schaltring (42) eines Stators (38) der elektrischen Maschine (30) verbindbar ist, und das zweite Verbindungsende (6), direkt oder indirekt, elektrisch leitend mit einer externen Energieeinheit verbindbar ist, wobei das Stromschienenelement (2) im Bereich des ersten und zweiten Verbindungsendes (4; 6) zumindest teilweise eine Kunststoffummantelung (10; 12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsende (4; 6) des mindestens einen Stromschienenelements (2) ein im Wesentlichen flexibles Zwischenelement (8) angeordnet ist, das an einer ersten Anschlussstelle (16) mit dem ersten Verbindungsende (4) und an einer zweiten Anschlussstelle (16) mit dem zweiten Verbindungsende (6) verbunden ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei das Zwischenelement (8) von einem elektrisch isolierenden Isolierelement (18), insbesondere einem Kunststoffelement, vorzugsweise einem Schrumpfschlauch, umgeben ist, das das Zwischenelement (8) von der Umgebung elektrisch isoliert.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 2, wobei das Isolierelement (18) zumindest teilweise von der Kunststoffummantelung (10; 12) umgeben ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zwischenelement (8) zumindest im Bereich der ersten und/oder zweiten Anschlussstelle (16) von der das erste und/oder zweite Verbindungsende (4; 6) umgebenden Kunststoffummantelung (10; 12) umgeben ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zwischenelement (8) mittels einer stoffschlüssigen und/oder mittels einer formschlüssigen Verbindung mit dem ersten und/der zweiten Verbindungsende (4; 6) verbunden ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zwischenelement (8) mindestens zwei stromführende, vorzugsweise übereinanderliegende, Leitereinheiten (14), insbesondere mindestens zwei Leiterbänder und/oder Leiterlamellen, aufweist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flexibilität des Zwischenelements (8) über seine Formgebung ausgebildet ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 7, wobei die Formgebung des Zwischenelements (8) mittels Formbiegen, Ausstanzen und/oder Ausschneiden bereitgestellt ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die mindestens zwei Leitereinheiten (14) an mindestens einem ihrer Enden miteinander pressverschweißt sind.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite starre Verbindungsende (4; 6) des Stromschienenelements (2) über mindestens zwei pressverschweißte Leitereinheiten hergestellt ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 10, wobei das erste und/oder zweite starre Verbindungsende (4; 5), das aus mindestens zwei pressverschweißten Leitereinheiten aufgebaut ist, zumindest an einer der Anschlussstellen (16) integral mit dem aus mindestens zwei Leitereinheiten (14) aufgebauten Zwischenelement (8) ausgebildet ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite starre Verbindungsende (4; 6) des Stromschienenelements (2) aus einem Vollmaterial ausgebildet ist.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin am zweiten Verbindungsende (6) ein vergrößertes, vorzugsweise im Wesentlichen ringförmiges, Anschlussstück (28) ausgebildet ist, das dazu ausgelegt ist, ein Verbindungselement, insbesondere einen Kabelschuh (54), elektrisch zu kontaktieren.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 13, wobei an dem zweiten Verbindungsende (4; 6) im Bereich des vergrößerten Anschlussstücks (28) ein Befestigungsmittel (24), insbesondere eine Mutter, angeordnet ist, wobei vorzugsweise das vergrößerte Anschlussstück (28) und das Befestigungsmittel (24) in elektrisch leitendem Kontakt zueinander stehen.
Leistungsanschlusseinheit (1) nach Anspruch 14, wobei das Befestigungsmittel (24) von der Kunststoffummantelung (12) umgeben ist, wobei vorzugsweise das Befestigungsmittel (24) auf einer dem zweiten Verbindungsende (6) abgewandten Seite von einer ebenfalls von der Kunststoffummantelung (12) umgebenen Abdeckkappe (58) abgedeckt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Leistungsanschlusses für eine elektrische Maschine (30), insbesondere für einen Elektromotor eines Fahrzeugs, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch folgende Schritte: – Ausbilden der Kunststoffummantelung (12) an dem zweiten Verbindungsende (6) – Bereitstellen von Kunststoff über eine für den Kunststoff ausgebildeten Verbindungskanal von zweitem Verbindungsende (6) in Richtung des ersten Verbindungsendes (4); und – Ausbilden der Kunststoffummantelung (10) an dem ersten Verbindungsende (4) über den über den Verbindungskanal bereitgestellten Kunststoff; und – Ausbilden eines im Wesentlichen starren Verbindungstegs (26) zwischen erster und zweiter Kunststoffummantelung (4; 6) über den im Verbindungskanal bereitgestellten Kunststoffs.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin umfassend den Schritt des Abtrennens des Verbindungsstegs (26) nach Aushärten des Kunststoffs.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Abtrennens des Verbindungsstegs (26) erst nach der Endmontage der Leistungsanschlusseinheit (1) an der elektrischen Maschine (30) erfolgt.