DE102018217942A1

DE102018217942A1 - Vorrichtung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Leiter und einem zweiten elektrischen Leiter

Info

Publication number: DE102018217942A1
Application number: DE102018217942.5A
Authority: DE
Inventors: Linus Eschenbeck; Andreas Jung; Christopher Allnoch; Florian Pöhnlein
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Vorrichtung (LAS) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Leiter (SEM) und einem zweiten elektrischen Leiter (SLE), umfassend einen elektrisch leitfähigen Bolzen (SB) mit einem Außengewinde (SBA) zur Befestigung des ersten Leiters (SEM) am Bolzen (SB) und mit einem Innengewinde (SBI) zur Befestigung des zweiten Leiters (SLE) am Bolzen (SB), wobei das Innengewinde (SBI) eine andere Gewinderichtung aufweist als das Außengewinde (SBA); sowie Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) mit zumindest einer solchen Vorrichtung (LAS).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Leiter und einem zweiten elektrischen Leiter, umfassend einen elektrisch leitfähigen Bolzen mit einem Außengewinde zur Befestigung des ersten Leiters am Bolzen und mit einem Innengewinde zur Befestigung des zweiten Leiters am Bolzen. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugs-Antriebseinheit mit zumindest einer derartigen Vorrichtung.
Die Patentanmeldung DE 38 41 528 A1 beschreibt eine Polgehäusedurchführung für den Feldanschluss einer Andrehvorrichtung. Ein Anschlussbolzen der Polgehäusedurchführung weist ein Außengewinde zur Herstellung einer ersten elektrisch leitenden Verbindung sowie ein Innengewinde zur Herstellung einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung auf.
Durch einen derartig ausgebildeten Anschlussbolzen sind die erste und zweite elektrisch leitenden Verbindungen einfach und prozesssicher montierbar. Ein mehrfacher hoher Stromübergang über den Anschlussbolzen kann jedoch durch lokale Überspannungen zu lokalem Verschweißen oder Verkohlen der Bauteile führen, wodurch ein Löse-Drehmoment der betroffenen Bauteile stark schwanken kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitern bereitzustellen, welche sich auch nach häufigem Stromdurchgang prozesssicher lösen lässt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, bei der das Innengewinde eine andere Gewinderichtung aufweist als das Außengewinde. Beispielsweise könnte das Innengewinde ein Rechtsgewinde sein, sodass das Außengewinde durch ein Linksgewinde gebildet ist. Umgekehrt könnte das Außengewinde ein Rechtsgewinde sein, während das Innengewinde durch ein Linksgewinde gebildet ist.
Durch derartige Ausgestaltung wird bei der Demontage der Vorrichtung abhängig von der Richtung des Löse-Drehmoments entweder die Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem Bolzen oder die Verbindung zwischen dem zweiten Leiter und dem Bolzen gelöst. Dadurch wird die Prozesssicherheit der Demontage erhöht.
Vorzugsweise ist der erste elektrische Leiter durch eine erste Stromschiene gebildet. Der zweite elektrische Leiter kann durch eine zweite Stromschiene gebildet sein.
Die Vorrichtung kann Bestandteil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine und einem Wechselspannungsanschluss eines Wechselrichters sein. Der erste Leiter kann der Statorwicklung zugeordnet sein. Der zweite Leiter kann dem Wechselspannungsanschluss zugeordnet sein. Elektrische Maschine und Wechselrichter können durch eine Gehäusewand voneinander getrennt sind. Der Bolzen kann durch eine in der Gehäusewand ausgebildete Öffnung hindurchreichen.
Die Vorrichtung kann für eine Betriebsspannung zwischen 40 und 1000 Volt ausgelegt sein, besonders bevorzugt für eine Betriebsspannung zwischen 200 und 1000 Volt, sodass eine Niederspannungsanwendung im Bereich kleiner 12 Volt ausgeschlossen ist.
Zumindest eine derartige Vorrichtung kann Bestandteil einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine sein. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit kann beispielsweise ein Getriebe mit integrierter elektrischer Maschine sein. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit kann ein Hybridmodul mit integrierter elektrische Maschine sein, wobei das Hybridmodul zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die elektrische Maschine ist zum Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Vorrichtung kann Bestandteil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einem Wechselrichter sein.
Die elektrische Maschine und/oder der erste Leiter kann in einem Nassraum der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit angeordnet sein, wobei die Gehäusewand einen Abschnitt des Nassraums begrenzt. Vorzugsweise ist der Wechselrichter in die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit integriert, oder an diese angeschlossen. Der Wechselrichter und/oder der zweite Leiter kann dabei in einem Trockenraum der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit angeordnet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 und 2 je einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug;
3 und 4 je eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schnittstelle; sowie
5 eine Ansicht einer Dichtungshülse.

1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM, ein Getriebe G und ein dazwischen angeordnetes Hybridmodul HYM auf. Das Hybridmodul HYM umfasst eine elektrische Maschine EM und eine Reibkupplung K0. Ein Rotor der elektrischen Maschine EM ist mit einer Eingangswelle des Getriebes G verbunden. Die Reibkupplung K0 dient zur schaltbaren Ankopplung des Verbrennungsmotors VM an das Getriebe G. Das Getriebe G umfasst beispielhaft mehrere Planetenradsätze und Schaltelemente. Durch selektives Betätigen der Schaltelemente sind mittels der Planetenradsätze mehrere Gangstufen zwischen der Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes G darstellbar. Die Ausgangswelle des Getriebes G ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, beispielsweise über eine Kardanwelle. Über das Differentialgetriebe AG wird die an der Ausgangswelle anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Der Antriebsstrang ist längs zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet.
An das Hybridmodul HYM ist ein Wechselrichter LE angeschlossen. Der Wechselrichter LE ist dazu eingerichtet, Gleichspannung einer Batterie BAT in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung umzurichten. Der Wechselrichter LE ist über zwei Gleichspannungsanschlüsse mit der Batterie BAT, und über drei Wechselspannungsanschlüsse mit einem Stator der elektrischen Maschine EM verbunden.
2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Antriebsstrang entspricht. Die elektrische Maschine EM sowie die Reibkupplung K0 sind nun in das Getriebe G integriert; das Hybridmodul entfällt dementsprechend. Der Wechselrichter LE ist entsprechend an das Getriebe G angeschlossen.
Die in 1 und 2 dargestellten Antriebsstränge sind lediglich beispielhaft anzusehen. Statt der Planetenradsätze könnten Stirnradstufen oder ein Reibradgetriebe zur Gangbildung verwendet werden. Es könnte ein Drehmomentwandler als Anfahrelement verwendet werden, beispielsweise zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Eingangswelle des Getriebes G. Der Antriebsstrang könnte quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein.
Jenes Element des Antriebstrangs, welches die elektrische Maschine EM aufweist, wird in der gegenständlichen Anmeldung als Kraftfahrzeug-Antriebseinheit bezeichnet. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit weist ein Gehäuse mit einer Gehäusewand GG auf. Die Gehäusewand GG trennt die elektrische Maschine EM vom Wechselrichter LE.
Der Wechselrichter LE kann baulich in das Hybridmodul HYM oder in das Getriebe G integriert sein. Die elektrische Maschine EM und die Reibkupplung K0 sind beispielhaft in einem Nassraum NR angeordnet. Der gangbildende Abschnitt des Getriebes G kann Bestandteil des selben Nassraums NR sein oder einen eigenen Nassraum bilden. Der Wechselrichter LE hingegen ist üblicherweise in einem Trockenraum angeordnet, welcher von Verunreinigungen und Flüssigkeiten frei gehalten werden soll.
Die elektrische Schnittstelle zwischen dem Wechselrichter LE im Trockenraum und dem Nassraum NR ist daher entsprechend abzudichten.
3 zeigt eine Vorrichtung LAS zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Statorwicklung der elektrische Maschine EM und einem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters LE gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In 3 sind der Wechselrichter LE und die elektrische Maschine EM nicht dargestellt. Stattdessen sind Abschnitte von ersten elektrischen Leitern SEM und von zweiten elektrischen Leitern SLE dargestellt. Die ersten Leiter SEM sind durch erste Stromschienen gebildet, welche zum Stator der elektrischen Maschine EM führen. Die zweiten Leiter SLE sind durch zweite Stromschienen gebildet, welche zum Wechselrichter LE führen. Die ersten Leiter SEM sind auf einer ersten Seite der Gehäusewand GG angeordnet. Die zweiten Leiter SLE sind auf einer zweiten Seite der Gehäusewand GG angeordnet. In der Gehäusewand GG sind drei Öffnungen GGA vorgesehen. Durch jede der Öffnungen GGA reicht ein Bolzen SB hindurch, wobei ein radialer Spalt zwischen den Bolzen SB und den Öffnungen GGA vorgesehen ist. Jeder der Bolzen SB weist ein Außengewinde SBA und ein Innengewinde SBI auf. Eine Gewindemutter SEML klemmt jeweils einen der ersten Leiter SEM an den Bolzen SB. Eine Schraube SLEB klemmt jeweils einen der zweiten Leiter SLE an den Bolzen SB. Eine Gewinderichtung des Außengewindes SBA unterscheidet sich von einer Gewinderichtung des Innengewindes SBI.
Die elektrische Schnittstelle LAS weist elastische, elektrisch isolierende Dichtungshülsen DH auf, welche beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt sind. 5 zeigt eine der Dichtungshülsen DH in einer geschnittenen isometrischen Darstellung. Die Dichtungshülsen DH sind in den Öffnungen GGA der Gehäusewand GG angeordnet. Jede der Dichtungshülsen DH nimmt einen der Bolzen SB auf. Abgesehen von den Dichtungshülsen DH ist kein weiteres Dichtelement zur Abdichtung der Öffnungen GGA vorgesehen. Die Bolzen SB sind in den Öffnungen GGA allein durch die Dichtungshülsen DH geführt.
Die Dichtungshülsen DH weisen einen zylindrischen Querschnitt auf. Jede der Dichtungshülsen DH weist an einem axialen Ende eine Dichtlippe DHL auf. Die Dichtlippe DHL ist zum ersten Leiter SEM, bzw. zum Außengewinde SBA des Bolzens SB hin ausgerichtet. Die Dichtlippe DHL liegt auf einer Umfangsfläche des Bolzens SB auf, sodass ein radialer Spalt zwischen einer Innenfläche der Dichtungshülse DH und der Umfangsfläche des Bolzens SB abgedichtet ist. Am gegenüberliegenden axialen Ende weist die Dichtungshülse DH einen radial hervorstehenden Abschnitt DHF auf. Der Abschnitt DHF ist zwischen der Gehäusewand GG und einem Halteelement H eingeklemmt, sodass durch den Abschnitt DHF ein Spalt zwischen der Gehäusewand GG und dem Dichtungselement DH abgedichtet ist.
Ein Halteelement H dient zur Positionierung der zweiten Leiter SLE, und ist aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus Kunststoff. Das Halteelement H weist einen Hinterschnitt auf, welcher die zweiten Leiter SLE aufnimmt. Werden die zweiten Leiter SLE an den Bolzen SB mittels der Schrauben SLEB befestigt, so wird das Halteelement H auf Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH gepresst, sodass die Dichtwirkung der Dichtungshülsen DH entsprechend erhöht wird. In anderen Worten wird der Abschnitt DHF jeder der Dichtungshülsen DH zwischen dem Halteelement H und der Gehäusewand GG eingeklemmt.
4 zeigt einen Vorrichtung LAS gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichem dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Halteelement H wird nun nicht mehr über die Schrauben SLEB und die zweiten Leiter SLE auf die Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH gepresst. Stattdessen wird an vier Stellen eine Kraft AF auf das Halteelement H ausgeübt, welche das Halteelement H auf die Abschnitte DHF der Dichtungshülsen DH presst. Die Kraft AF kann beispielsweise mittels eines in 4 nicht dargestellten Gehäuses oder eines Gehäusedeckels des Wechselrichters LE auf das Halteelement H aufgebracht werden.
Bezugszeichenliste

VM: Verbrennungsmotor
HYM: Hybridmodul
K0: Reibkupplung
G: Getriebe
AG: Differentialgetriebe
DW: Antriebsrad
EM: Elektrische Maschine
LE: Wechselrichter
BAT: Batterie
LAS: Vorrichtung
SEM: Erster Leiter
SEML: Gewindemutter
SLE: Zweiter Leiter
SLEB: Schraube
SB: Bolzen
SBI: Innengewinde
SBA: Außengewinde
DH: Dichtungshülse
DHF: Radial hervorstehender Abschnitt
GG: Gehäusewand
GGA: Öffnung
H: Halteelement
AF: Kraft

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 3841528 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (LAS) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Leiter (SEM) und einem zweiten elektrischen Leiter (SLE), umfassend einen elektrisch leitfähigen Bolzen (SB) mit einem Außengewinde (SBA) zur Befestigung des ersten Leiters (SEM) am Bolzen (SB) und mit einem Innengewinde (SBI) zur Befestigung des zweiten Leiters (SLE) am Bolzen (SB), dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (SBI) eine andere Gewinderichtung aufweist als das Außengewinde (SBA).
Vorrichtung (LAS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter (SEM) durch eine erste Stromschiene gebildet ist.
Vorrichtung (LAS nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (SLE) durch eine zweite Stromschiene gebildet ist.
Vorrichtung (LAS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LAS) Bestandteil einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine (EM) und einem Wechselspannungsanschluss eines Wechselrichters (LE) ist.
Vorrichtung (LAS) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter (SEM) der Statorwicklung der elektrischen Maschine (EM) zugeordnet ist, und dass der zweite Leiter (SLE) dem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters (LE) zugeordnet ist.
Vorrichtung (LAS) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) durch eine Gehäusewand (GG) von dem Wechselrichter (LE) getrennt ist, wobei der Bolzen (SB) durch eine Öffnung (GGA) der Gehäusewand (GG) hindurchreicht.
Vorrichtung (LAS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LAS) für eine Betriebsspannung zwischen 40 und 1000 Volt ausgelegt ist.
Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) mit einer elektrischen Maschine (EM), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorrichtung (LAS) nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der elektrischen Maschine (EM) und einem Wechselrichter (LE) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Leiter (SEM) durch eine erste Stromschiene gebildet ist, welche mit einer Statorwicklung der elektrischen Maschine (EM) elektrisch leitend verbunden ist, und dass - der zweite Leiter (SLE) durch eine zweite Stromschiene gebildet ist, welche mit einem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters (LE) elektrisch leitend verbunden ist.
Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) und/oder der erste Leiter (SEM) in einem Nassraum (NR) der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) angeordnet ist, wobei eine Gehäusewand (GGA) der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G), welche die elektrische Maschine (EM) vom Wechselrichter (LE) trennt, einen Abschnitt des Nassraums (NR) begrenzt.
Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (LE) entweder in die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit (HYM, G) integriert oder an diese angeschlossen ist, wobei der Wechselrichter (LE) und/oder der zweite Leiter (SLE) in einem Trockenraum angeordnet ist.