DE102016209227A1

DE102016209227A1 - Anordnung zur elektrischen Verbindung eines Kabels mit einem elektrischen Verbraucher

Info

Publication number: DE102016209227A1
Application number: DE102016209227.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Braun; Mike Fippl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-11-30
Also published as: CN107437665B; CN107437665A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung zur elektrischen Verbindung eines zwei oder mehr Adern (1a, 1b, 1c) aufweisenden Kabels (1), insbesondere HV-Kabels, mit Anschlussadern (2a, 2b, 2c) eines elektrischen Verbrauchers (3), wobei aufeinander zu gerichtete Enden miteinander korrespondierender Adern (1a, 1b, 1c) und Anschlussadern (2a, 2b, 2c) jeweils ein elektrisch leitendes Anschlusselement (8, 9) aufweisen, und wobei die Anschlusselemente (8, 9) der jeweils miteinander korrespondierenden Adern (1a, 1b, 1c) und Anschlussadern (2a, 2b, 2c) zur Ausbildung je eines elektrischen Leiters (12, 13, 14) unter Zuhilfenahme eines Durchgangsbohrungen (10, 11) in den betreffenden Anschlusselementen (8, 9) durchsetzenden Verbindungselementes (15) untereinander elektrisch kontaktiert und fest verbunden sind. In vorteilhafter Weise sind die Durchgangsbohrungen (10, 11) der Anschlusselemente (8, 9) zumindest zweier zu bildendender elektrischer Leiter (12, 13, 14) von einem gemeinsamen Verbindungselement (15) durchsetzt, wobei benachbarte Anschlusselemente (8, 9) verschiedener Leiter (12, 13, 14) voneinander elektrisch isoliert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Verbindung eines zwei oder mehr Adern aufweisenden Kabels, insbesondere HV-Kabels, mit Anschlussadern eines elektrischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
Die externe Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern in Fahrzeugen, insbesondere von Elektromotoren, wird über sogenannte Hochvolt-Kabel, auch als HV-Kabel (HV = Hochvolt) bezeichnet, realisiert, deren Adern zu in einem definierten Abstand zueinander angeordneten Befestigungsstellen, insbesondere Verschraubungsstellen, einer zugeordneten Sammelschiene des Fahrzeugs geführt werden. Mittels der Sammelschiene werden demnach miteinander korrespondierende Einzel-Adern zusammengefasst und in besagter Verschraubungsstelle untereinander zu einem elektrischen Leiter verbunden. Derartige Sammelschienen sind durch offenkundige Vorbenutzung allgemein bekannt. Im Wesentlichen werden dabei je Leiter zumindest zwei miteinander korrespondierende Adern mittels endseitig vorgesehener Anschlusselemente (Kabelschuhe) und diese durch Bohrungen derselben durchsetzender Schraube in einer zugeordneten Befestigungsstelle der Sammelschiene untereinander elektrisch leitend verbunden und somit an der Sammelschiene festgelegt. Der besagte definierte oder auch standardisierte Abstand kann in der Praxis beispielsweise aufgrund bestimmter Bauraumgegebenheiten zu Platz- und Montageproblemen und/oder zu erhöhtem Aufwand im Hinblick auf zu verschaltende Verbraucher, wie besagte Elektromotoren, führen. Darüber hinaus ist aufgrund der Vielzahl Befestigungsstellen ein erhöhter Montageaufwand zu verzeichnen.
Aus der DE 10 2014 203 128 A1 ist eine elektrische Verbindungsvorrichtung, insbesondere zur elektrischen Hochvoltverbindung, bestehend aus zwei Verbindungselementen bekannt, welche Verbindungselemente jeweils ein elektrisch leitendes Anschlusselement mit einer Öffnung aufweisen. Zur Kontaktierung der Anschlusselemente und Ausbildung eines elektrischen Leiters werden dieselben mit ihren Öffnungen koaxial zueinander angeordnet und nachfolgend mittels einer die Öffnungen durchsetzenden Schraube untereinander elektrisch leitend fest verbunden. Den Anschlusselementen sind als Berührungsschutz Isolatoren aus einem elektrisch nicht leitenden Material zugeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik verbesserte Anordnung zur elektrischen Verbindung eines Kabels, insbesondere HV-Kabels, mit einem elektrischen Verbraucher zu schaffen, welche insbesondere eines minimierten Montageaufwandes bedarf.
Ausgehend von einer Anordnung zur elektrischen Verbindung eines zwei oder mehr Adern aufweisenden Kabels, insbesondere HV-Kabels, mit Anschlussadern eines elektrischen Verbrauchers, wobei aufeinander zu gerichtete Enden miteinander korrespondierender Adern und Anschlussadern jeweils ein elektrisch leitendes Anschlusselement aufweisen, und wobei die Anschlusselemente der jeweils miteinander korrespondierenden Adern und Anschlussadern zur Ausbildung je eines elektrischen Leiters unter Zuhilfenahme eines Durchgangsbohrungen in den betreffenden Anschlusselementen durchsetzenden Verbindungselementes untereinander elektrisch kontaktiert und fest verbunden sind, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Durchgangsbohrungen der Anschlusselemente zumindest zweier zu bildendender elektrischer Leiter von einem gemeinsamen Verbindungselement durchsetzt sind, wobei benachbarte Anschlusselemente verschiedener Leiter voneinander elektrisch isoliert sind.
Durch vorstehende Maßnahme ist im Hinblick auf den Stand der Technik, welcher zur Ausbildung eines jeden elektrischen Leiters durch endseitige Kontaktierung miteinander korrespondierender Adern und Anschlussadern jeweils ein Verbindungselement in Form einer Schraube favorisiert, der Montageaufwand wesentlich minimiert, da vorliegend lediglich ein Verbindungselement zur Ausbildung zweier oder mehrerer elektrischer Leiter durch Kontaktierung der jeweils zugeordneten bzw. miteinander korrespondierenden Anschlusselemente zur Anwendung kommt. Darüber hinaus ist auch der erforderliche Bauraum reduziert, da die Anschlusselemente, die bevorzugt im Kontaktbereich plattenförmig ausgebildet und im Allgemeinen als Kabelschuhe bezeichnet sind, nicht nach dem Stand der Technik in einer Ebene nebeneinander an einer Sammelschiene befestigt sind, sondern durch besagte Isolierung mit minimalem Abstand und somit bauraumreduzierend weitestgehend koaxial zueinander angeordnet sind.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach ist bevorzugt die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Anschlusselementen verschiedener Leiter mittels wenigstens eines elektrisch isolierenden Zwischenelements bewirkt, welches weiter bevorzugt durch eine Isolationsscheibe aus beispielsweise einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet ist. Eine derartige elektrische Isolierung erfordert äußerst geringen Bauraum und geht darüber hinaus mit geringem Material- und Kostenaufwand einher. Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist bevorzugt das gemeinsame Verbindungselement elektrisch isoliert ausgebildet, wodurch der Aufwand zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den gebildeten Leitern ebenfalls minimiert ist. Eine besonders einfache und funktionssichere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das gemeinsame Verbindungselement aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem einfach und kostengünstig zu verarbeitenden elektrisch isolierenden Kunststoff besteht. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das gemeinsame Verbindungselement zumindest in potentiellen Kontaktbereichen mit den Anschlusselementen der besagten Leiter eine elektrisch isolierende Beschichtung aus z.B. besagtem Kunststoff aufweist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf besagten elektrisch isolierenden Kunststoff, sondern erfasst jedwedes für den betreffenden Anwendungsfall geeignete an sich bekannte Material. So kann statt Kunststoff auch eine elektrisch isolierende Keramik, ein elektrisch isolierendes Verbundmaterial, beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoff und/oder dgl. mehr Anwendung finden. Was das gemeinsame Verbindungselement anbelangt, ist dieses bevorzugt durch eine Schraube gebildet, welche mit einer Schraubenmutter oder einem anderen ein Schraubgewinde (Innengewinde) aufweisenden Teil korrespondiert, wodurch ein lösbarer Verbund geschaffen ist. Demgegenüber kann es auch angezeigt sein und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, einen im Wesentlichen unlösbaren Verbund mittels beispielsweise eines Niets zu schaffen. Dem Fachmann allgemein bekannte, zu vorstehenden äquivalente Fügemittel, wie beispielsweise Gewinde-Bolzen, kombiniert mit Schraubmuttern, sind durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst. Gemäß einer besonders praxisnahen Ausgestaltung der Erfindung ist das gemeinsame Verbindungselement an einem den gebildeten Verbund tragenden Basisteil befestigt oder befestigbar, wodurch die Montage bzw. die Herstellung der besagten Anordnung erleichtert ist. Besagtes Basisteil kann beispielsweise durch ein Karosserieteil oder ein Teil einer Maschine, wie einer elektrischen Maschine, oder eines Aggregates eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, gebildet sein.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
1 eine Anordnung zur elektrischen Verbindung eines Kabels mit Anschlussadern eines elektrischen Verbrauchers nach dem Stand der Technik, und
2 eine erfindungsgemäße Anordnung zur elektrischen Verbindung eines Kabels mit Anschlussadern eines elektrischen Verbrauchers.
1 zeigt eine Anordnung zur elektrischen Verbindung eines äußerst schematisch dargestellten dreiadrigen Kabels 1 (1a, 1b, 1c), beispielsweise eines HV-Kabels, mit Anschlussadern 2a, 2b, 2c eines ebenfalls äußerst schematisch dargestellten elektrischen Verbrauchers 3 nach dem Stand der Technik. „HV“ steht dabei für „Hochvolt“. Eine derartige HV-Kabel-Anordnung findet beispielsweise im Fahrzeugbau Verwendung, insbesondere für Fahrzeuge, die mit Hochspannung betrieben oder angetrieben werden. Von einer nicht zeichnerisch dargestellten HV-Batterie wird Hochspannungsenergie mittels der Adern 1a, 1b, 1c, auch als Phasen bezeichnet, dem elektrischen Verbraucher 3, beispielsweise einem Elektromotor bereitgestellt.
Die Adern 1a, 1b, 1c sind in ihrem Endbereich mittels einer sogenannten Kabelführung 4 derart zusammengehalten, dass diese in einer gemeinsamen Ebene und parallel sowie in einem definierten oder standardisierten Abstand zueinander einer Sammelschiene 5 zugeführt werden. Die Sammelschiene 5 ist üblicherweise mittels Bohrungen 6 in derselben durchsetzender, nicht zeichnerisch dargestellter Befestigungselemente, insbesondere Befestigungsschrauben, an einem dieselbe tragenden Basisteil 7 befestigt. Das besagte Basisteil 7 ist Beispielsweise ein Gehäuse des elektrischen Verbrauchers 3, vorliegend des Elektromotors.
Den besagten Adern 1a, 1b, 1c des Kabels 1 ist gemäß dieser Ausführung je eine Anschlussader 2a, 2b, 2c zugeordnet, die zum elektrischen Verbraucher 3, vorliegend zum Elektromotor geführt ist. Sowohl die Adern 1a, 1b, 1c als auch die Anschlussadern 2a, 2b, 2c weisen an ihren aufeinander zu gerichteten Enden je ein elektrisch leitendes Anschlusselement 8, 9 auf. Die Anschlusselemente 8, 9 weisen jeweils eine Durchgangsbohrung 10, 11 auf und werden allgemein auch als Kabelschuhe bezeichnet. Mittels je eines nicht zeichnerisch dargestellten Verbindungselements, vorzugsweise in Form einer Befestigungsschraube, welche die koaxial zueinander angeordneten Durchgangsbohrungen 10, 11 der Anschlusselemente 8, 9 der jeweils miteinander korrespondieren Adern 1a, 1b, 1c und Anschlussadern 2a, 2b, 2c durchsetzen, sind dieselben (1a, 2a; 1b, 2b; 1c; 2c) untereinander elektrisch und mit der Sammelschiene 5 mechanisch fest verbunden und bilden so jeweils einen elektrischen Leiter 12, 13, 14 aus, welche demnach gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der nicht zeichnerisch dargestellten HV-Batterie zum elektrischen Verbrauer 3 in Form des Elektromotors führen. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die Sammelschiene 5 die elektrische Isolierung zwischen den gebildeten elektrischen Leitern 12, 13, 14 bewirkt, indem diese beispielsweise aus einem nicht elektrisch leitenden Kunststoff besteht. Lediglich die erforderliche Schraub- bzw. Befestigungsstelle an der Sammelschiene 5 kann durch eine nicht zeichnerisch dargestellte und jeweils als metallenes Einlegeteil ausgebildete Hülse mit Innengewinde gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich zur vorbeschriebenen Anordnung nach dem Stand der Technik im Wesentlichen dadurch, dass die Durchgangsbohrungen 10, 11 der Anschlusselemente 8, 9 der vorliegend drei gebildeten und von der nicht zeichnerisch dargestellten HV-Batterie zum elektrischen Verbrauer 3 in Form des Elektromotors führenden Leiter 12, 13, 14, welche jeweils aus einer Ader 1a, 1b, 1c des Kabels 1 und einer Anschlussader 2a, 2b, 2c bestehen, von einem gemeinsamen Verbindungselement 15 durchsetzt sind. D. h., die Anschlusselemente 8, 9 respektive Kabelschuhe der vorliegend drei gebildeten elektrischen Leiter 12, 13, 14 sind sozusagen auf besagtes gemeinsames Verbindungselement 15 aufgefädelt und demnach koaxial zueinander angeordnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das gemeinsame Verbindungselement 12 durch eine metallene Schraube mit Schraubenkopf 16 und Schraubenbolzen 17 mit Außengewinde 18 gebildet, welche mit einem in einem Basisteil 7 angeordnetem Teil, vorliegend in Form einer Buchse 19 mit Innengwinde 20 korrespondiert. Die Buchse 19 ist beispielsweise als metallenes Einlegeteil in einem Basisteil 7 aus Kunststoff festgelegt. Das Basisteil 7 kann das bereits oben erwähnte Gehäuse des elektrischen Verbrauchers 3, vorliegend des Elektromotors sein.
Zwischen benachbarten Anschlusselementen 8, 9 verschiedener elektrischer Leiter 12, 13, 14 ist jeweils eine elektrische Isolierung mittels eines Zwischenelements 21 in Form einer ringförmigen Isolationsscheibe bewirkt. Die Zwischenelemente 21 sind demnach ebenfalls auf das gemeinsame Verbindungselement 15 in Form der Schraube aufgefädelt. Darüber hinaus sind potentielle Kontaktbereiche des metallenen Verbindungselements 15 in Form der Schraube zu den Anschlusselementen 8, 9 elektrisch isoliert. Vorliegend sind zum einen noch zwei weitere Zwischenelemente 21 respektive Isolationsscheiben vorgesehen, die die benachbarten elektrischen Leiter 12, 14 gegen den metallenen Schraubenkopf 16 bzw. die metallene Buchse 19 elektrisch isolieren.
Um auch den metallenen Schraubenbolzen 17 elektrisch isolierend auszubilden, weist derselbe vorliegend in potentiellen Kontaktbereichen mit den Anschlusselementen 8, 9 eine elektrisch isolierende Beschichtung 22 auf. Alternativ kann das gemeinsame Verbindungselement 15 vollständig oder auch abschnittsweise aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
Bevorzugt bestehen dazu die Zwischenelemente 21 und die Beschichtung 22 oder das Verbindungselement 15 selbst aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf besagten elektrisch isolierenden Kunststoff, sondern erfasst jedwedes für den betreffenden Anwendungsfall geeignete an sich bekannte Material. So kann statt Kunststoff auch eine elektrisch isolierende Keramik, ein elektrisch isolierendes Verbundmaterial, beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoff und/oder dgl. mehr Anwendung finden.
Das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel stellt auf ein gemeinsames, lösbares Verbindungselement 15 in Form einer Schraube ab. Mit erfasst durch die Erfindung sind jedoch auch äquivalente lösbare Fügemittel, wie beispielsweise Gewinde-Bolzen mit einer, zwei oder mehreren zugeordneten Schraubenmuttern, ebenso unlösbare Fügemittel, wie beispielsweise Niete (nicht zeichnerisch dargestellt).
Bezugszeichenliste

1: Kabel
1a: Ader
1b: Ader
1c: Ader
2a: Anschlussader
2b: Anschlussader
2c: Anschlussader
3: elektrischer Verbraucher
4: Kabelführung
5: Sammelschiene
6: Bohrung
7: Basisteil
8: Anschlusselement
9: Anschlusselement
10: Durchgangsbohrung
11: Durchgangsbohrung
12: elektrischer Leiter
13: elektrischer Leiter
14: elektrischer Leiter
15: Verbindungselement
16: Schraubenkopf
17: Schraubenbolzen
18: Außengewinde
19: Buchse
20: Innengewinde
21: Zwischenelement
22: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014203128 A1 [0003]

Claims

Anordnung zur elektrischen Verbindung eines zwei oder mehr Adern (1a, 1b, 1c) aufweisenden Kabels (1), insbesondere HV-Kabels, mit Anschlussadern (2a, 2b, 2c) eines elektrischen Verbrauchers (3), wobei aufeinander zu gerichtete Enden miteinander korrespondierender Adern (1a, 1b, 1c) und Anschlussadern (2a, 2b, 2c) jeweils ein elektrisch leitendes Anschlusselement (8, 9) aufweisen, und wobei die Anschlusselemente (8, 9) der jeweils miteinander korrespondierenden Adern (1a, 1b, 1c) und Anschlussadern (2a, 2b, 2c) zur Ausbildung je eines elektrischen Leiters (12, 13, 14) unter Zuhilfenahme eines Durchgangsbohrungen (10, 11) in den betreffenden Anschlusselementen (8, 9) durchsetzenden Verbindungselementes (15) untereinander elektrisch kontaktiert und fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (10, 11) der Anschlusselemente (8, 9) zumindest zweier zu bildendender elektrischer Leiter (12, 13, 14) von einem gemeinsamen Verbindungselement (15) durchsetzt sind, wobei benachbarte Anschlusselemente (8, 9) verschiedener Leiter (12, 13, 14) voneinander elektrisch isoliert sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Anschlusselementen (8, 9) verschiedener Leiter (12, 13, 14) mittels wenigstens eines elektrisch isolierenden Zwischenelements (21) bewirkt ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Zwischenelement (21) durch eine Isolationsscheibe gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (15) elektrisch isoliert ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (15) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (15) zumindest in potentiellen Kontaktbereichen mit den Anschlusselementen (8, 9) der besagten Leiter (12, 13, 14) eine elektrisch isolierende Beschichtung (22) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das/die elektrisch isolierende/n Zwischenelement/e (21), das elektrisch isolierende Material des gemeinsamen Verbindungselements (15) und/oder die elektrisch isolierende Beschichtung (22) desselben durch einen elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (15) durch eine Schraube, einen Gewinde-Bolzen, einen Niet oder dgl. mehr gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (15) an einem den gebildeten Verbund tragenden Basisteil (7) befestigt oder befestigbar ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (7) ein Karosserieteil oder ein Teil einer Maschine oder eines Aggregates eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, ist.