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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung zum Verbinden eines Kabels mit wenigstens einem elektrischen Phasenleiter einer elektrischen Baugruppe. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Baugruppe mit einer derartigen Anschlussvorrichtung.
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Stand der Technik
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Im Automobilbereich müssen häufig elektrische Kontakte einer elektrischen Baugruppe, die mit Strömen hoher Leistung versorgt werden soll, mit einem Kabel verbunden werden. Die Kontaktstelle bzw. die Anschlussvorrichtung sollte dabei so ausgelegt sein, dass weder Flüssigkeiten noch andere Substanzen über die Anschlussvorrichtung in die elektrische Baugruppe eindringen und/oder aus dieser austreten können.
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Beispielsweise werden solche Anschlussvorrichtungen im Automobilbereich für Phasenanschlüsse von elektrischen Motoren in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Dabei werden hauptsächlich 2-polige und 3-polige Phasenanschlüsse verwendet. Es sind aber auch 6-polige Anwendungen bekannt.
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Diese Phasenanschlüsse müssen in der Regel bei einer ölgekühlten und/oder an ein Getriebe angebauten elektrische Maschinen öldicht ausgelegt sein, um zu verhindern, dass Medien aus der elektrischen Maschine austreten bzw. in die an die elektrische Maschine angebaute Leistungselektronik eindringen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine einfach aufgebaute, gut abdichtende Anschlussvorrichtung für eine elektrische Baugruppe bereitzustellen.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung zum Verbinden eines Kabels mit wenigstens einem elektrischen Phasenleiter einer elektrischen Baugruppe. Die elektrische Baugruppe kann ein Elektromotor sein, der beispielsweise in ein Fahrzeug, wie etwa einen Pkw, Lkw oder Bus, eingebaut sein kann. Im Allgemeinen kann die elektrische Baugruppe eine Antriebseinheit aus Elektromotor, Leistungselektronik und/oder einem Getriebe sein. Insbesondere kann der Elektromotor ölgekühlt sein.
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Die Anschlussvorrichtung kann dazu ausgeführt sein, die elektrische Baugruppe mit elektrischem Strom (beispielsweise mit Maximalströmen größer als 100 A) zu versorgen. Die elektrische Baugruppe kann eine Leistungselektronik sein, beispielsweise ein Gleichrichter oder Wechselrichter.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anschlussvorrichtung wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement für den wenigstens einen Phasenleiter, wobei das Verbindungselement eine sacklochförmige Kabelanschlussöffnung aufweist, mit der ein Phasenleiter des Kabels verbindbar ist; und eine Isoliereinheit, die wenigstens eine Durchgangsöffnungen aufweist, wobei die Durchgangsöffnung dazu ausgeführt ist, jeweils ein Verbindungselement dichtend aufzunehmen.
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Die Isoliereinheit ist dazu ausgeführt, über den wenigstens einen aus der elektrischen Baugruppe herausragenden Phasenleiter gestülpt zu werden, so dass der Phasenleiter in die Durchgangsöffnung hineinragt. Das Verbindungselement ist einstückig ausgeführt und weist eine sacklochförmige Phasenanschlussöffnung auf, die der Kabelanschlussöffnung in einer axialen Richtung des Verbindungselements gegenüberliegt, und in der der Phasenleiter aufnehmbar ist.
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Das Verbindungselement kann ein längliches Metallteil (beispielsweise aus Kupfer) sein, in dem die Kabelanschlussöffnung und die Phasenanschlussöffnung als Bohrungen ausgeführt sind.
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Die Isoliereinheit kann ein blockförmiges Kunststoffteil sein, das für jedes der Verbindungselemente eine gesonderte Öffnung aufweisen kann, deren Achsen im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind.
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Durch die beiden gegenüberliegenden Anschlussöffnungen (Kabelanschlussöffnung und Phasenanschlussöffnung), die nicht über eine Öffnung miteinander verbunden sind, ist in dem Verbindungselement eine zwischen den Anschlussöffnungen liegende Wand gebildet, so dass lediglich ein Spalt zwischen dem Verbindungselement und der Isoliereinheit abgedichtet werden muss. Die Anschlussöffnungen des Verbindungselements sind mechanisch getrennt. Es ist kein Durchgang von der Phasenanschlussöffnung zu der Kabelanschlussöffnung vorhanden. Dadurch kann auf weitere Dichtelemente verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement in einem kabelseitigen Endabschnitt im Querschnitt asymmetrisch ausgeführt, wobei ein kabelseitiger Endabschnitt der Durchgangsöffnung einen komplementären asymmetrischen Querschnitt aufweist, so dass das Verbindungselement an einer Drehung in der Durchgangsöffnung gehindert wird. Beispielsweise kann der kabelseitige Endabschnitt des Verbindungselements im Querschnitt die Form eines Kreises aufweisen, bei dem ein Kreissegment abgeschnitten ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich die Durchgangsöffnung bei einem kabelseitigen Endabschnitt und das Verbindungselement weist einen Absatz auf, so dass das Verbindungselement an einer Bewegung aus der Durchgangsöffnung in Richtung des Kabels gehindert wird. Allerdings ist es möglich, dass das Verbindungselement in eine Gegenrichtung etwas Spiel hat, um so thermisch bedingte Bewegungen der Phasenleiter auszugleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement in einer axialen Richtung (des Verbindungselements und/oder der Durchgangsöffnung) in der Durchgangsöffnung beweglich. Durch einen axialen Freiraum für das Verbindungselement können mechanische Belastungen des Phasenleiters (wie etwa einer Litze), die durch Vibration und/oder Temperaturhub verursacht sein können, vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungselement eine umlaufende Nut auf, in der ein O-Ring (bzw. ein ringförmiges Dichtelement) aufgenommen ist; wobei die Durchgangsöffnung, in der das Verbindungselement aufgenommen ist, einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist, in der der O-Ring dichtend aufgenommen ist und in der der O-Ring in axialer Richtung beweglich ist. Ein Spalt zwischen dem Verbindungselement und dem Isolierelement kann mit einem O-Ring oder ähnlichem Dichtsystem abgedichtet werden. Der O-Ring kann sich bei einer axialen Bewegung des Verbindungselements in der Durchgangsöffnung in dem zylinderförmigen Abschnitt bewegen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weitet sich die Durchgangsöffnung in einem an den zylinderförmigen Abschnitt folgenden Aufnahmeabschnitt auf, in dem der Phasenleiter aufnehmbar ist. Auch kann sich das Verbindungselement in dem Aufnahmeabschnitt gegenüber einem Abschnitt mit der umlaufenden Nut verjüngen. Dies kann ein Aufsetzen des Isolierelements auf das mit dem Phasenleiter verbundenen Verbindungselement erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungselement auf einer Seite einen Crimpbereich auf, der durch eine dünnere Wandungsstärke gekennzeichnet werden kann Hier kann Beispielsweise das Verbindungselement direkt an die Litzenenden einer Statorwicklung gecrimpt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Isoliereinheit in einem kabelseitigen Endbereich eine umlaufende Nut auf, in der ein Dichtelement aufgenommen ist. Dieses Dichtelement, das ringförmig ausgeführt sein kann, kann dazu verwendet werden, ein weiteres Gehäuseteil, das auf die Isoliereinheit gesteckt wird, abzudichten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anschlussvorrichtung eine Mehrzahl von identisch aufgebauten Verbindungselementen für eine Mehrzahl von Phasenleiter, wobei die Isoliereinheit für jedes der Verbindungselemente eine gesonderte Durchgangsöffnung aufweist, die über einen der Phasenleiter stülpbar ist. Mit anderen Worten kann jeder Phasenleiter in einer gesonderten Öffnung gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kabelanschlussöffnung ein Innengewinde auf, so dass ein Leiter des Kabels mit einer Schraube mit dem Verbindungselement verbindbar ist. Mit einem asymmetrischen Querschnitt des Verbindungselements kann ein Einschrauben der Schraube erleichtert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe, die mit einer Anschlussvorrichtung ausgestattet ist, so wie sie obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Beispielsweise kann die elektrische Baugruppe ein elektrischer Motor sein, wobei die Phasenleiter die Litzenenden einer Statorwicklung sind.
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Die Isoliereinheit kann mit der Durchgangsöffnung über den oder die Phasenleiter gestülpt sein, der oder die aus einem Gehäuse der elektrischen Baugruppe hervorragen. Weiter kann die Isoliereinheit auf diesem Gehäuse abgestützt sein. Beispielsweise können die Phasenleiter so an einem elektrischen Motor angeordnet und positioniert sein, dass der elektrische Motor zusammen mit der Anschlussvorrichtung als eigenständige Komponente in ein Getriebe integriert werden kann. Mit Montage des elektrischen Motors können gleichzeitig die Phasenleiter des elektrischen Motors aus dem Gehäuse herausgeführt werden. Es ist kein zusätzlicher Montageschritt erforderlich.
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Im Allgemeinen kann bei Montage der elektrischen Baugruppe in einem Arbeitsgang die elektrische Baugruppe montiert und der wenigstens eine Phasenleiter aus dem Gehäuse herausgeführt werden.
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Der oder die Phasenleiter können in der jeweiligen Phasenanschlussöffnung des zugehörigen Verbindungselements aufgenommen und mit dieser (mechanisch und elektrisch) verbunden sein. Beispielsweise können die Phasenleiter mittels Crimpen oder Schweißen mit dem Verbindungselement verbunden werden. Es ist auch eine Anbindung der Verbindungselemente an eine Stromschiene denkbar.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Baugruppe ein Elektromotor und der Phasenleiter ist ein Litzenenden eines Stators des Elektromotors. Auf diese Litzenenden können die Verbindungselemente gesteckt und mit den Litzenenden verbunden werden. Anschließend können die O-Ringe auf die Verbindungselemente aufgesetzt und die Isoliereinheit über die Verbindungselemente geschoben werden. Auf diese Weise wird ein elektrische Kontaktierung der Phasenleiter über das jeweilige Verbindungselement ohne separaten Montageaufwand in einen ölfreien Bereich geführt, in dem ein Kabel mit dem Verbindungselement verbunden werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Teils einer Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen Querschnitt durch eine Anschlussvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Teil einer elektrischen Baugruppe 10 in der Form eines Elektromotors, der direkt mit einem Getriebe verbunden werden kann. Von dem Elektromotor ist lediglich ein Lagerschild 12 gezeigt. In dem Lagerschild 12 befindet sich eine Achsöffnung 14 durch die eine Rotorachse (nicht dargestellt) des Elektromotors ragt.
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Auf dem Lagerschild 12 befindet sich eine Anschlussvorrichtung 16, die in der 2 im Querschnitt dargestellt ist.
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Wie aus der 2 hervorgeht umfasst die Anschlussvorrichtung 16 eine Isoliereinheit 18 aus Kunststoff und drei Verbindungselemente 20, die in jeweils eine Durchgangsöffnung 22 der Isoliereinheit 18 gesteckt sind.
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Die Verbindungselemente 20 sind längliche Metallteile, in denen jeweils in axialer Richtung (die auch der axialen Richtung der Rotorachse des Elektromotors entspricht) an den beiden Enden eine sacklochförmige Kabelanschlussöffnung 24 und eine sacklochförmige Phasenanschlussöffnung 26 vorgesehen sind. Die Phasenanschlussöffnung 26 jedes der Verbindungselemente 20 liegt der Kabelanschlussöffnung 24 in einer axialen Richtung des Verbindungselements 20 gegenüber.
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Die Kabelanschlussöffnung 24 kann ein Innengewinde 28 aufweisen, so dass ein Phasenleiter eines Kabels mit einer Schraube mit dem Verbindungselement 20 verbindbar ist.
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Zum Übertragen der bis zu mehreren hundert Ampere reichenden Ströme können die Verbindungselemente 20 einen maximalen Durchmesser von 8 bis 12 mm aufweisen. Für die Verschraubung von Kabelschuhen, die an dem Phasenleiter angebracht sein können, können beispielsweise M6- bis M8-Schrauben verwendet werden. Die Verbindungselemente 20 können aus sehr gut elektrisch leitenden Verbindungen, in der Regel aus reinem Kupfer oder sehr gering legierten Kupferlegierungen, aus einem Stück gefertigt sein. Die beiden Anschlussöffnungen 24, 26 können in diese gebohrt sein.
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Die 2 zeigt, dass die Phasenleiter 30 der elektrischen Baugruppe 10 Litzenenden eines Wickelkopfes 32 einer Statorwicklung eines Elektromotors sein können. Die Phasenleiter 30 ragen im Wesentlichen in axialer Richtung von der Statorwicklung ab. Die Verbindungselemente 20 sind mit ihrer jeweiligen Phasenanschlussöffnung 26 über die Phasenleiter 30 geschoben und mit diesen verbunden, beispielsweise durch Crimpen oder Schweißen.
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Die Isoliereinheit 18 ist über die aus der elektrischen Baugruppe 10 herausragenden Phasenleiter 30 gestülpt, so dass die Phasenleiter 30 in die Durchgangsöffnungen 22 hineinragen.
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Die Verbindungselemente 20 sind dichtend in den Durchgangsöffnungen 22 aufgenommen. Jedes der Verbindungselemente 20 weist eine umlaufende Nut 34 auf, in der ein O-Ring 36 aufgenommen ist, der die jeweilige Durchgangsöffnung 22 von innen berührt.
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Jedes der Verbindungselemente 20 ist in axialer Richtung in der jeweiligen Durchgangsöffnung 22 beweglich. Die Durchgangsöffnungen 22 weisen dazu einen zylinderförmigen Abschnitt 38 auf, in der der O-Ring 36 dichtend aufgenommen ist und in der der O-Ring 36 in axialer Richtung beweglich ist. Auf diese Weise können durch Vibrationen und/oder Temperaturänderungen hervorgerufene Bewegungen der Phasenleiter 30 kompensiert werden.
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Um zu verhindern, dass die Verbindungselemente sich aus der Isoliereinheit 18 herausbewegen, verjüngen sich die Durchgangsöffnungen 22 bei einem kabelseitigen Endabschnitt 40 und die Verbindungselemente 20 weisen einen Absatz 42 auf.
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Umgekehrt weiten sich die Durchgangsöffnungen 22 in einem an den zylinderförmigen Abschnitt 38 folgenden Aufnahmeabschnitt 44 auf, in dem die Phasenleiter 30 aufgenommen sind, und in den ein Ende des jeweiligen Verbindungselements 20 hineinragt.
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Die Verbindungselemente 20 verjüngen sich in einem Crimpbereich 46, der in dem Aufnahmeabschnitt 44 angeordnet ist, wobei der Crimpbereich 46 einen geringeren Durchmesser aufweist, als ein Bereich 48, der die umlaufende Nut 34 aufweist.
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Das Verbindungselement 20 weist in dem Crimpbereich 46, in dem die Phasenanschlussöffnung 26 vorhanden ist, eine dünnere Wandstärke auf, als in dem Bereich 48, in dem die Kabelanschlussöffnung 24 vorhanden ist.
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Wie auch in der 1 zu erkennen ist, weist die Isoliereinheit 18 in einem kabelseitigen Endbereich 50 eine umlaufende Nut 52 auf, in der ein Dichtelement 54 in der Form eines umlaufenden Dichtrings aufgenommen ist.
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Auf den kabelseitigen Endbereich 50 der Isoliereinheit 18 kann ein Übergehäuse 56 (wie etwa Getriebegehäuse) gesetzt werden, das auch die Isoliereinheit 18 am Lagerschild 12 bzw. am Gehäuse der Baugruppe 10 fixiert.
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Weiter zeigt die 1, dass jedes der Verbindungselemente 20 in einem kabelseitigen Endabschnitt 58 im Querschnitt asymmetrisch ausgeführt ist und der kabelseitige Endabschnitt 40 der Durchgangsöffnung 22 einen komplementären asymmetrischen Querschnitt aufweist, so dass das Verbindungselement 20 an einer Drehung in der Durchgangsöffnung 22 gehindert wird. Auf diese Weise kann ein Einschrauben einer Schraube in die Kabelanschlussöffnung 24 erleichtert werden. Wie gezeigt, kann der Querschnitt auf einem Kreis basieren, von dem ein oder mehrere Kreissegmente weggenommen worden sind.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212233 A1 [0005]
