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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel, insbesondere ein Hochspannungskabel zur Verwendung in Elektrofahrzeugen.
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Ein besonderer Komfortgewinn von Elektrofahrzeugen im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren besteht darin, dass beim Betrieb von Elektrofahrzeugen deutlich weniger Schallemissionen entstehen. Um diesen Komfortgewinn weiter zu vergrößern, ist es notwendig, entstehende Vibrationen zu verringern. Dies kann beispielsweise durch akustische Isolation durch das Einschließen lärmender Bauteile mit entsprechenden schallschluckenden Einhausungen oder durch die Verwendung von Gegenschall geschehen. Denkbar ist auch, dass Bauteile, welche im Betrieb Vibrationen erzeugen, welche auch die Karosserie übertragen und dadurch in den Innenraum des Elektrofahrzeugs gelangen können, schwingungstechnisch von der Karosserie entkoppelt werden.
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Die aufgezeigten Lösungen sind üblicherweise sehr aufwendig in der Umsetzung. Bauteile mechanisch zu entkoppeln ist ein schwerwiegender Eingriff in die Struktur des Elektrofahrzeugs, die Erzeugung von Gegenschall erfordert Mikrofone, Lautsprecher und eine komplexe Elektronik zur Erzeugung des Gegenschalls. Das Einhausen von Bauteilen erfordert Bauraum und verringert die Flexibilität im Hinblick auf die geometrische Gestaltbarkeit des schallerzeugenden Bauteils.
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Aus der Druckschrift
CN 2 07 217 156 U ist ein Hochspannungskabel mit akustisch dämpfendem Dämpfungsmaterial zwischen den Leitern bekannt. Die Druckschrift US 2017 / 0 352 449 A1 offenbart ein Hochspannungskabel mit einem Dämpfungsmaterial zum akustischen Dämpfen zwischen den Leitern und dem Mantel des Kabels. Aus der Druckschrift
DE 10 2015 116 502 A1 ist ein Hochspannungskabel mit Leitern bekannt, welche aus mehreren Litzen bestehen. Zwischen den Litzen sind Abstandshalter vorgesehen. Aus der gattungsbildenden Druckschrift
US 5 864 094 A ist ein abgeschirmtes elektrisches Kabel zur Stromversorgung bekannt. Das Kabel weist mehrere Leiter auf, welche mit einem schwingungsdämpfenden Material umgeben sind. Die Druckschrift US 2016 / 0 358 694 A1 offenbart ein Kabel, welches mehrere Litzen aufweist. Die Litzen sind mit mehreren akustisch dämpfenden stabförmigen Elementen verflochten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern es ermöglicht, die beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs erzeugten Geräusche zu verringern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hochspannungskabel nach Anspruch 1.
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Es wurde erkannt, dass ein wesentlicher Anteil von Vibrationen, welche von einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs im Betrieb erzeugt werden, von Hochspannungskabeln weitergetragen werden. Die weitergetragenen Vibrationen erzeugen ein unangenehmes Heul-Geräusch. Durch die zueinander beabstandete Anordnung der Litzen des erfindungsgemäßen Hochspannungskabels wird das Weiterleiten der Vibrationen deutlich verringert. Dies geschieht dadurch, dass das erfindungsgemäße Hochspannungskabel deutlich flexibler ist, als aus dem Stand der Technik bekannte Hochspannungskabel. Die Reduzierung der Kontaktflächen zwischen den Litzen erhöht eine dynamische Beweglichkeit der einzelnen Litzen zueinander und verhindert mechanische Verspannungen im Hochspannungskabel. Die Übertragung von Körperschall von einer Litze auf eine andere Litze wird stark gedämpft. Litzen im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen einzelne Drähte auf, welche aus einem elektrischen Leiter, beispielsweise aus Kupfer, gefertigt sein können. Das Dämpfungsmaterial ist vorzugsweise mechanisch flexibel. Denkbar ist, dass das Dämpfungsmaterial elektrisch isolierend ist. Denkbar ist ferner, dass das Dämpfungsmaterial eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Beabstandet angeordnet im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Querschnittsebene orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Hochspannungskabels
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Litzen von dem Dämpfungsmaterial umgeben sind. Dies ermöglicht eine hervorragende akustische Entkopplung der Litzen untereinander. Denkbar dazu ist, dass die Litzen in das Dämpfungsmaterial eingegossen sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dämpfungsmaterial ein oder mehrere akustisch dämpfende Dämpfungsseile aufweist, wobei die Litzen vorzugsweise mit dem Dämpfungsseil bzw. den Dämpfungsseilen verflochten sind. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Hochspannungskabels. Statt eines aufwendigen Eingießens oder Einpressens, werden die Dämpfungsseile einfach mit den Litzen verflochten, so dass die Litzen voneinander beabstandet sind. Denkbar ist, dass die Anzahl der Dämpfungsseile des Hochspannungskabels der Anzahl der Litzen des Hochspannungskabels entspricht.
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Es wird offenbart, dass vorgesehen sein kann, dass das Hochspannungskabel ein zwischen den Litzen angeordnetes Führungsseil aufweist, wobei das Führungsseil vorzugsweise akustisch dämpfend ist. Dies ermöglicht eine Versteifung des Hochspannungskabels, ohne dabei auf die Beweglichkeit der Litzen zueinander zu verzichten. Denkbar ist, dass das Führungsseil eine höhere Steifigkeit aufweist als die Litzen und das Dämpfungsmaterial. Erfindungsgemäß weist das Hochspannungskabel ein Führungsband auf. Bevorzugt sind die Litzen und das Dämpfungsmaterial um das Führungsseil bzw. das Führungsband herum angeordnet. Das Führungsband ist unflexibel. Denkbar ist, dass das Führungsband einen Verlauf des Hochspannungskabels entlang der Haupterstreckungsrichtung des Hochspannungskabels vorgibt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Litzen und das Dämpfungsmaterial von einer ersten Isolationsschicht umgeben sind. Dies ermöglicht eine elektrische Isolierung des Hochspannungskabels und einen damit einhergehenden ungefährlichen Betrieb des Hochspannungskabels.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Isolationsschicht von einer elektrisch abschirmenden Abschirmung umgeben ist, wobei die Abschirmung vorzugsweise von einer zweiten Isolationsschicht umgeben ist. Dies ermöglicht einen störungsfreien Betrieb des Hochspannungskabels, sowie verhindert eine Emission elektromagnetischer Wellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Litzen jeweils eine dritte Isolationsschicht zum elektrischen Isolieren der einzelnen Litzen aufweisen. Insbesondere wenn Wechselstrom durch die Litzen fließt, kann dadurch eine unerwünschte, durch den Skin-Effekt hervorgerufene Erhöhung des Widerstands verringert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Litzen jeweils eine Mehrzahl von Einzellitzen aufweisen, wobei die Mehrzahlen von Einzellitzen jeweils zu einer Litze gebündelt sind. Mit anderen Worten sind die Litzen gemäß dieser Ausführungsform aus Einzellitzen bestehende Litzenbündel. Die damit ermöglichte Zusammenfassung zu Litzenbündeln ermöglichte eine einfachere Fertigung des Hochspannungskabels. Denkbar ist, dass das Hochspannungskabel zwischen zwei und hundert Litzen, vorzugsweise zwischen vier und zwanzig Litzen aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Querschnitt des Dämpfungsmaterials orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Hochspannungskabels wenigstens einem Viertel eines Querschnitts der Litzen orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Hochspannungskabel entspricht, wobei der Querschnitt des Dämpfungsmaterials bevorzugt wenigstens der Hälfte des Querschnitts der Litzen entspricht, wobei der Querschnitt des Dämpfungsmaterials besonders bevorzugt etwa dem Querschnitts der Litzen entspricht. Damit ist eine besonders gute Verringerung der Übertragung von Vibrationen zwischen den Litzen möglich.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs aufweisend ein erfindungsgemäßes Hochspannungskabel.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Elektrofahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
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Ein Elektrofahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zur Erzeugung von Traktion. Elektrofahrzeuge umfassen daher neben rein elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen auch solche, welche neben einer elektrischen Maschine zur Erzeugung von Traktion auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, insbesondere also auch sogenannte Hybridfahrzeuge.
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Alle zuvor im Zusammenhang mit dem Hochspannungskabel offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang und auf das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
- 1 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels.
- 3 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Antriebsstrang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Hochspannungskabel 1 weist einen elektrischen Leiter 2 auf, welcher aus einer Mehrzahl von Litzen 3 zusammengesetzt ist. Die Litzen 3 des Leiters 2 stehen in mechanischem Kontakt, so dass Körperschall zwischen den Litzen 3 übertragen wird. Ist das hier gezeigte Hochspannungskabel 1 an einer elektrischen Maschine angeschlossen, so übertragen sich Vibrationen von der elektrischen Maschine auf das Hochspannungskabel 1 übertragen. Dadurch, dass die Litzen 3 in mechanischem Kontakt stehen, werden die Vibrationen als Körperschall zwischen den Litzen 3 ausgetauscht, so dass ein unangenehmes Heul-Geräusch entsteht. Zur elektrischen Isolation ist der Leiter 2 von einer ersten Isolationsschicht 6 umschlossen. Zum Vermeiden von Störungen beim Betrieb des Hochspannungskabels 1 bei hohen Frequenzen ist die erste Isolationsschicht 6 von einer Abschirmung 7 umgeben, welche wiederum von einer zweiten Isolationsschicht 8 umgeben ist.
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2 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels 1. Im Unterschied zum in 1 gezeigten Hochspannungskabel 1 gemäß dem Stand der Technik ist das hier gezeigte Hochspannungskabel 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Dämpfungsmaterial 4 versehen. Das Dämpfungsmaterial 4 ist akustisch dämpfend und mechanisch flexibel und zwischen den Litzen 3 des Leiters 2 so angeordnet, dass die Litzen 3 vollständig vom Dämpfungsmaterial 4 umschlossen werden. Dadurch, dass die einzelnen Litzen 3 untereinander nicht in direktem Kontakt stehen, sondern durch das flexible Dämpfungsmaterial 4 voneinander beabstandet sind, ist das Hochspannungskabel 1 insgesamt flexibler. Eine Übertragung von Körperschall von einer Litze 3 auf eine andere Litze 3 wird unterbunden, so dass kein unangenehmes Heul-Geräusch entsteht. Die auf den Querschnitt des Hochspannungskabels 1 bezogene Fläche des Dämpfungsmaterials 4 entspricht in etwa der auf den Querschnitt bezogenen Fläche des Leiters 2, so dass sich eine im Vergleich mit dem Stand der Technik circa doppelt so großer Querschnitt des Hochspannungskabels 1 ergibt. Dies ist besonders vorteilhaft, da der große Querschnitt eine große Oberfläche des Hochspannungskabels 1 bedingt, was die Wärmeabstrahlfähigkeit verbessert. Die Litzen 3 weisen jeweils eine dritte Isolationsschicht 10 auf, welche bewirkt, dass der bei hohen Frequenzen auftretende Skin-Effekt bei Wechselstrom verringert und dadurch der elektrische Widerstand der jeweiligen Litze 3 gesenkt wird.
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3 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Hochspannungskabels 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Hochspannungskabel 1 ist das Dämpfungsmaterial 4 hier in Form von Dämpfungsseilen 4' mit den Litzen 3 verflochten. Das Verflechten des Dämpfungsmaterials 4 ist eine besonders einfache Methode, die Litzen 3 voneinander zu beabstanden, so dass sich das Hochspannungskabel 1 auf diese Weise sehr einfach herstellen lässt. Dargestellt ist hier ein Hochspannungskabel 1 mit vier Dämpfungsseilen 4' und vier Litzen 3. Die Litzen 3 weisen jeweils eine Mehrzahl von Einzellitzen 3' auf, welche wiederum jeweils eine Mehrzahl von dünnen Kupferdrähten (nicht dargestellt) aufweisen. Bezogen auf den Querschnitt mittig der Litzen 3 ist ein Führungsband 5 angeordnet. Das Führungsband 5 ist unflexibel, so dass es dem Hochspannungskabel 1 Stabilität gibt. Denkbar ist, dass das Führungsband 5 in einer vorbestimmten Form entlang der Haupterstreckungsrichtung, hier orthogonal zur gezeigten Ebene, ausgebildet ist und dass die Litzen 3 und die Dämpfungsseile 4` um das Führungsband 5 herum geflochten sind. Dies ermöglicht ein steifes und stabiles Hochspannungskabel 1, welches gleichzeitig flexible und voneinander beabstandete Litzen 3 aufweist. Der Hohlraum 9 um das Geflecht aus Litzen 3 und Dämpfungsseilen 4` können entweder mit Luft und/oder einem Kühlmittel und/oder einem Isolator gefüllt sein.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Antriebsstrang 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Antriebsstrand 100 weist erfindungsgemäße Hochspannungskabel (hier nicht gezeigt, siehe 2 und 3) auf.
