DE102018202659A1

DE102018202659A1 - Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen

Info

Publication number: DE102018202659A1
Application number: DE102018202659.9A
Authority: DE
Inventors: Ivonne Trenz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2019-08-22
Also published as: WO2019162078A1; US11197364B2; CN111758305A; KR102587372B1; CN111758305B; US20200383201A1; KR20200121849A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen mit einer Leiterplatte (4), sowie einem mit der Leiterplatte (4) elektrisch verbundenen Stromsensor, der in einem Stromsensorgehäuse (1) gehalten ist, und einem durch die Leiterplatte (4) reichenden und von dem Stromsensorgehäuse (1) umgebenen Strombolzen (2), wobei zwischen Stromsensorgehäuse (1) und Strombolzen (2) ein Dämpfungselement (3) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen.
Nachfolgend verwendete Abkürzungen:

AC steht für alternating current, also Wechselspannung.
DC steht für direct current, also Gleichstrom.
LV steht für low voltage, also Niederspannung.
HV steht für high voltage, also Hochspannung.

Für Leistungselektronikanwendungen für Achsantriebe sind unterschiedliche Ausführungen bekannt. Beispielsweise existieren LV-AC-Stromsensoren mit einem einteiligen Gehäuse. Durch den geringen Durchmesser für die HV-Strombolzen, d.h. durch den reduzierten Querschnitt, kann allerdings weniger Strom übertragen werden bzw. es wird mehr Eigenerwärmung erzeugt.
Aktuell werden zweigeteilte Gehäuse für den LV-Stromsensor verwendet, bei denen der Querschnitt in diesem Bereich deutlich reduziert ist, um die Luft- und Kriechstrecken zwischen LV-Stromsensor und HV-Strombolzen einzuhalten. Um die notwendigen Luft- und Kriechstrecken zwischen den LV-Stromsensor und HV-Strombolzen zu erzeugen, kann ferner ein zusätzliches Kunststoffteil zur Isolation in den Stromsensor verrastet werden. Durch die engen Abstände der einzelnen Bauteile zueinander führt dieser Aufbau allerdings bei Vibrationsbelastung zu Verschleiß zwischen den einzelnen Bauteilen und kann bis zum Ausfall einzelner Komponenten inklusive dem LV-Stromsensor führen.
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen bereitzustellen, durch welche die oben genannten Probleme überwunden werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bereitgestellt wird eine Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen mit einer Leiterplatte, sowie einem mit der Leiterplatte elektrisch verbundenen Stromsensor, der in einem Stromsensorgehäuse gehalten ist, und einem durch die Leiterplatte reichenden und von dem Stromsensorgehäuse umgebenen Strombolzen, wobei zwischen Stromsensorgehäuse und Strombolzen ein Dämpfungselement angeordnet ist.
Durch die Verwendung eines Dämpfungselements werden Vibrationsbelastungen vor allem zwischen Strombolzen und Stromsensor verringert, so dass die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert wird. Gleichzeitig wird weniger Platz benötigt als bei bekannten Anwendungen.
In einer Ausführung ist das Dämpfungselement an dem Strombolzen befestigt. Somit wird die Montage erleichtert.
In einer Ausführung ist das Dämpfungselement aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem elektrisch nicht isolierenden Material gebildet. In einer Ausführung ist das Dämpfungselement aus einem Elastomer gebildet. In einer Ausführung ist das Dämpfungselement aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Härtewert von weniger oder gleich 50 SHORE A gebildet. Je nach Anwendung können unterschiedliche Materialien verwendet werden, um z.B. durch ein bevorzugtes Herstellungsverfahren hergestellt zu werden, z.B. Spritzguss. Auch kann die Härte des Materials und die elektrisch leitenden Eigenschaften je nach Anwendung gewählt werden.
In einer Ausführung ist das Stromsensorgehäuse zweiteilig gebildet. Somit wird ein Auswechseln z.B. des Stromsensors ermöglicht.
In einer Ausführung umgibt das Dämpfungselement den Strombolzen vollständig. Durch das vollständige Umgeben des Strombolzens wird vermieden, dass sich unerwünschte Kriechstrecken bilden.
In einer Ausführung weist der Strombolzen einen Hohlraum zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zur Befestigung zwischen auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte vorgesehenen Bauelementen auf. Durch Vorsehen eines Raums für Befestigungsmittel kann Platz gespart werden und eine effiziente Befestigung ohne Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften wird ermöglicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine Ansicht einer Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Die vorgeschlagene Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen wird vorteilhafterweise für Achsantriebe verwendet. Vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung in zumindest teilweise elektrisch oder rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen.
Ziel der Erfindung ist es, Vibrationsbelastungen zwischen Stromsensor, genauer zwischen dem Stromsensorgehäuse 1, welches den Stromsensor umgibt bzw. in dem der Stromsensor angeordnet ist, und dem Strombolzen 2 zu verringern oder sogar zu vermeiden. Ferner ist es ein Ziel, eine geringere Belastung aufgrund von Vibrationsanregungen für die Verbindungsstellen 41 zwischen Stromsensor und Leiterplatte 4, welche in der Regel als Lötstellen ausgeführt sind, zu erreichen. Somit wird auch die Ausfallwahrscheinlichkeit der Bauteile verringert.
Bei der nachfolgend als ein Ausführungsbeispiel beschriebenen Anwendung im Bereich Leistungselektronik für Achsantriebe führt der Stromsensor Niederspannung, ist also ein LV-Stromsensor, und der Strombolzen führt Hochspannung, ist also ein HV-Strombolzen.
Vibrationsbelastung treten vor allem dann auf, wenn Bauteile oder Komponenten aufgrund von Bewegungen bzw. Vibrationsanregungen z.B. gegeneinander reiben. Damit kann Abrieb entstehen. Dies kann zu Beschädigungen oder Ausfällen einzelner Bauteile oder Komponenten bis hin zum Ausfall der gesamten Leistungselektronik führen. Bei der hier beschriebenen Anordnung kann aufgrund von Vibrationsanregungen vor allem der Stromsensor 2 ausfallen und die Verbindungsstellen 41 zwischen Stromsensor und Leiterplatte 4 belastet werden. Die Verbindungsstellen 41 ragen vorteilhafterweise als Pins aus dem Stromsensorgehäuse 1 heraus, so dass sie durch entsprechende Öffnungen in der Leiterplatte 4 durchgesteckt werden und damit verlötet werden können.
Das Stromsensorgehäuse 1 kann, wie beispielhaft in 1 dargestellt ist, zweiteilig gebildet sein, wobei die Teilung 5 derart erfolgt, dass ein Teil als Deckel 51 dient, so dass der im Inneren des Stromsensorgehäuses 1 angeordnete Stromsensor z.B. ausgetauscht werden kann. Eine einteilige Ausführung ist ebenfalls möglich.
Um einen verbesserten Schutz vor Vibrationsbelastungen zu erzielen, wird zwischen dem Strombolzen 2 und dem Stromsensorgehäuse 1 ein Dämpfungselement 3 angeordnet, wie in 1 dargestellt. Dieses ist derart gebildet, dass es zur Dämpfung der Vibrationsanregung zwischen Stromsensorgehäuse 1 und Strombolzen 2 beiträgt. Ferner kann es durch die dämpfenden Eigenschaften auch dazu dienen, dass die Verbindungsstellen 41 zwischen Stromsensor und Leiterplatte 4 besser vor Vibrationsbelastung geschützt sind. Somit werden eine Reduzierung von Verschleiß und eine Vermeidung von Bauteilausfällen erreicht, ohne dabei die Einhaltung der benötigten Luft- und Kriechstrecken zwischen HV-Strombolzen 2 und LV-Stromsensor im Bereich des Stromsensorgehäuses 1 zu beeinträchtigen. Auch kann eine Isolierung zwischen Hochspannung HV und Niederspannung LV durch Wahl eines geeigneten, nicht leitenden Materials bereitgestellt werden.
Das Dämpfungselement 3 ist vorteilhafterweise vollständig um den Strombolzen 2 herum vorgesehen und dort angebracht. Dieses zusätzliche Material wird an dem Strombolzen 2 befestigt, z.B. durch einen Montageprozess wie Kleben, einen Zweikomponenten-Spritzprozess, oder in anderer Art und Weise angebracht. Somit wird die Montage vereinfacht. Dieses zusätzliche Material hat eine dämpfende und isolierende Eigenschaft, um die Luft- und Kriechstrecken zwischen Stromsensor im Stromsensorgehäuse 1 und dem HV-Strombolzen 2 zu erzeugen. Zusätzlich dämpft das aufgebrachte Material die Bewegung der Bauteile, insbesondere des Stromsensorgehäuses 1 zum Strombolzen 2, aber es werden auch die Verbindungsstellen 41 zwischen Stromsensor und Leiterplatte 4 vor unerwünschten Belastungen geschützt, so dass damit Verschleiß reduziert und Bauteilversagen besser verhindert werden.
Das verwendete Material für das Dämpfungselement 3 ist bevorzugt ein Elastomer, dessen Härtewert über die sogenannte SHORE-Härte definiert wird. Die SHORE-Härte ist eine Kennzahl, die in der Regel zur Härteangabe für Elastomere und gummielastische Polymere verwendet wird. Sie ist also ein Maß für die Werkstoffhärte, kann also als Festigkeitswert bezeichnet werden. Das Material des Dämpfungselements 3 für die vorliegende Erfindung ist in der Regel ein sogenanntes weiches Elastomer, so dass die SHORE A-Härte als Maß für den Härtewert des Materials zu verwenden ist. In einer Ausführung wird als Material für das Dämpfungselement 3 ein Material mit einer SHORE A-Härte von weniger oder gleich 50 verwendet. Die Dicke und Länge des Dämpfungselements 3 wird je nach verwendetem Strombolzen 2 und Stromsensorgehäuse 1 vom Fachmann gewählt.
Durch Anordnen eines Dämpfungselements 3 am Strombolzen 2, so dass es zwischen Stromsensorgehäuse 1 und Strombolzen 2 angeordnet ist, wird ein geringerer Verschleiß zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 erzielt, sowie eine geringere Belastung und weniger Abrieb. Gleichzeitig werden die Lötstellen 41 zwischen Stromsensor und Leiterplatte 4 weniger belastet, was wiederum die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert.
Um weitere Bauteile 71 und 72 über den Strombolzen 2 von einer Seite der Leiterplatte 4 zur anderen Seite der Leiterplatte 4 zu verbinden, kann der Strombolzen 2 als hohles Element ausgeführt sein. Durch den Hohlraum kann dann ein entsprechendes Befestigungsmittels 6 geführt werden, z.B. eine Schraube, wie in 1 gezeigt. Selbstverständlich kann der Strombolzen 2 auch aus einem Vollmaterial gefertigt sein.
Bezugszeichenliste

1: Stromsensorgehäuse
2: Strombolzen
3: Dämpfungselement
4: Leiterplatte
41: Verbindungsstellen Stromsensor zu Leiterplatte
5: Teilung des Stromsensorgehäuses
51: Deckel
6: Befestigungsmittel
71, 72: externe Bauteile

Claims

Dämpfungsanordnung für Leistungselektronikanwendungen mit einer Leiterplatte (4), sowie einem mit der Leiterplatte (4) elektrisch verbundenen Stromsensor, der in einem Stromsensorgehäuse (1) gehalten ist, und einem durch die Leiterplatte (4) reichenden und von dem Stromsensorgehäuse (1) umgebenen Strombolzen (2), wobei zwischen Stromsensorgehäuse (1) und Strombolzen (2) ein Dämpfungselement (3) angeordnet ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Dämpfungselement (3) an dem Strombolzen (2) befestigt ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Dämpfungselement (3) aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem elektrisch nicht isolierenden Material gebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungselement (3) aus einem Elastomer gebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das das Dämpfungselement (3) aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Festigkeitswert von weniger oder gleich 50 SHORE A gebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stromsensorgehäuse (1) zweiteilig gebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das das Dämpfungselement (3) den Strombolzen (2) vollständig umgibt.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strombolzen (2) einen Hohlraum zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (6) zur Befestigung zwischen auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte (4) vorgesehenen Bauelementen (71, 72) aufweist.