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Die Erfindung betrifft Anordnungen zum Verbinden elektrischer Anschlüsse für eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Montieren der Anordnungen sowie eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere einen Elektromotor, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, speziell eines Kältemittels. Der Verdichter kann im Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Riemenscheibe oder elektrisch angetrieben.
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Ein elektrisch angetriebener Verdichter weist neben dem Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Verdichtungsmechanismus einen Wechselrichter, im Weiteren auch als Inverter bezeichnet, zum Antreiben des Elektromotors auf. Der Inverter dient zum Umwandeln von Gleichstrom einer Fahrzeugbatterie in Wechselstrom, welcher dem Elektromotor durch elektrische Verbindungen zugeführt wird.
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Der Inverter weist Steckeranschlüsse für als Stifte ausgebildete Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen des Elektromotors und damit zum Übertragen einer elektrischen Leistung vom Inverter zum Elektromotor auf. Die Anschlüsse des Inverters können an einer Leiterplatte angeordnet sein.
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Herkömmlich werden Glas-Metall-Durchführungen zum Durchführen der Steckverbinder durch ein Gehäuse eingesetzt. Bei der Herstellung der Glas-Metall-Durchführungen addieren sich die Toleranzen sämtlicher zu verbindender Komponenten. Dabei sind die großen Abweichungen seitens der Ausrichtung der Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit den Anschlüssen des Elektromotors und des Inverters sowohl mit einer hohen Flexibilität als auch mit einer hohen Genauigkeit auszugleichen.
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Da die derzeit verfügbaren Anschlusskomponenten keinen ausreichenden Toleranzausgleich bieten und beim Bestückungsprozess der Leiterplatte, insbesondere beim Verbinden der Steckverbinder mit der Leiterplatte, kritische mechanische Spannungen auftreten, können die Steckverbinder nicht direkt mit der Leiterplatte des Inverters verbunden werden. Folglich sind die Steckverbinder indirekt beispielsweise über Sammelschienen, eingelötete Stanzbiegeteile, massive oder flexible Einpresselemente beziehungsweise Klemmen, angeschraubte Rundösen, Stecksysteme oder Litzen mit der Leiterplatte zu kontaktieren.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Kontaktelemente zum Direktkontaktieren der Steckverbinder mit der Leiterplatte erfordern die Ausbildung hochpräziser Durchgangsöffnungen zum Einpressen oder sind selektiv zu löten, was als zusätzlicher Verfahrensschritt jeweils sowohl sehr kostenintensiv als auch sehr zeitintensiv ist.
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Aus der
WO 2015/ 146 677 A1 geht ein elektrisch angetriebener Verdichter mit einer Verdichtungsanordnung, einem Elektromotor zum Antreiben der Verdichtungsanordnung und einem Inverter zum Versorgen des Elektromotors mit Strom hervor. Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator mit einem an einem Ende eines Statorkerns angeordneten, elektrisch isolierenden Spulenkörper, an dem Spulenkörper angeordnete Spulen und ein Steckergehäuse mit Verbindungsanschlüssen zum elektrischen Verbinden der Spulen mit dem Inverter über als Stifte ausgebildete Steckverbinder auf. Die zum Inverter ausgerichteten Enden der Steckverbinder sind jeweils über einen Buchsenanschluss mit dem Inverter verbunden.
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In der
DE 20 2008 005 394 U1 wird ein Hochstromleiterplattensteckverbinder mit einer Kontaktbuchse und einem Stecksockel beschrieben. Der Stecksockel weist einen Topf mit einer Öffnung auf. Die Kontaktbuchse ist in die Öffnung des Stecksockels formschlüssig und kraftschlüssig eingebracht.
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In der
DE 10 2005 013 989 A1 ist eine elektrische, als Radial-Kontakt-Buchse ausgebildete Steckverbinderbuchse offenbart, welche mehrere Längskontaktelemente zur Kontaktierung eines Steckers sowie eine die Längskontaktelemente umgebende Hülse aufweist. Die Längskontaktelemente und die Hülse sind einteilig ausgebildet.
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Aus der
US 2018 / 0 337 499 A1 gehen eine Stromschiene und ein Verfahren zur Kontaktierung eines Durchführungskontakts eines elektrischen Motors hervor. Dabei weist die Stromschiene ein erstes und ein zweites Ende auf. An dem ersten Ende der Stromschiene ist eine ein Untermaß gegenüber dem Durchmesser des Durchführungskontakts aufweisende Öffnung ausgebildet.
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Aus dem Stand der Technik sind folglich sehr komplexe Systeme mit einer hohen Anzahl an Komponenten sowie elektrischen Übergangsstellen bekannt. Zudem besteht die Gefahr von sich vom System lösenden Elementen, wie Schrauben. Die bekannte Presstechnik, das Selektivlöten und auch das Verschrauben erfordern zusätzliche aufwändige Verfahrensschritte bei der Montage und Herstellung. Zudem sind oftmals der geometrische oder auch der thermische Toleranzausgleich während der Montage oder während des Betriebs nicht gewährleistet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Anordnung zum zuverlässigen und sicheren elektrischen Verbinden von Anschlüssen für eine Vorrichtung zum Antreiben eines elektrisch angetriebenen Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors, welche sich auf einfache Weise herstellen und zeitsparend montieren lässt. Die Anordnung soll eine möglichst geringe Anzahl an Einzelkomponenten aufweisen sowie konstruktiv einfach realisierbar sein, auch um Kosten bei der Herstellung zu minimieren. Dabei sollen insbesondere die Komplexität des Aufbaus der Anordnung und damit der Vorrichtung minimiert sowie Ungenauigkeiten eliminiert werden. Die Anordnung soll zudem derart ausgebildet sein, sichere und optimale elektrische Verbindungen des Systems zu gewährleisten.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch erfindungsgemäße Anordnungen zum Verbinden elektrischer Anschlüsse, insbesondere durch ein Gehäuse beziehungsweise durch eine Wand des Gehäuses, für eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters gelöst. Die Anordnungen sind jeweils mit einer Verbindungsanordnung mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungselement sowie mindestens einer in einer Leiterplatte fixierten Kontaktvorrichtung zur Aufnahme des Verbindungselements in einer axialen Richtung ausgebildet.
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Die Kontaktvorrichtung weist jeweils mindestens ein Federkontaktelement mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern auf, welche elektrisch leitend, vorzugsweise vollumfänglich, am Verbindungselement anliegen. Damit ist zwischen der mit der Leiterplatte in elektrischer Verbindung stehenden Kontaktvorrichtung und dem Verbindungselement ein elektrisch leitender Kontakt hergestellt.
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Das Verbindungselement dient vorzugsweise dem Verbinden von innerhalb eines an einem Stator der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters angeordneten Trägerelements vorgesehenen elektrischen Anschlusses mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten elektrischen Anschluss, insbesondere eines Inverters. Dabei kann das Trägerelement mit einem Aufnahmeelement ausgebildet sein, welches vorteilhaft zur Aufnahme eines Steckergehäuses mit elektrischen Anschlüssen des Stators ausgebildet ist. Das Verbindungselement kann in das Steckergehäuse und einen darin angeordneten elektrischen Anschluss eingeführt werden.
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Die Kontaktvorrichtung ist ebenso wie das Verbindungselement vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, hergestellt.
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Nach einer ersten Konzeption der Erfindung weist die Kontaktvorrichtung mindestens eine als eine hohlzylinderförmige Kontakthülse ausgebildete Komponente auf. Unter der Hohlzylinderform ist dabei auch eine Form zu verstehen, welche zumindest an einer Stirnseite des Zylinders verschlossen sein kann.
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Eine die Form einer hohlzylinderförmigen Kontakthülse aufweisende Komponente der Kontaktvorrichtung ist dabei mit einem ersten Segment und einem zweiten Segment ausgebildet, welche sich jeweils in axialer Richtung erstrecken und an einer Ausformung miteinander verbunden sind. Dabei erstrecken sich vorzugsweise jeweils das erste Segment von einer ersten Stirnseite und das zweite Segment von einer zweiten Stirnseite bis zur Ausformung. Die Ausformung ist bevorzugt in radialer Richtung über Außenflächen der Segmente hervorragend und die Komponente vollumfänglich umgebend ausgebildet. Der Durchmesser der Außenflächen der Segmente ist vorteilhaft jeweils konstant.
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Die Ausformung ist vorzugsweise in einer senkrecht zur in der axialen Richtung angeordneten Längsachse der Komponente verlaufenden Ebene ausgerichtet.
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Die die Form einer hohlzylinderförmigen Kontakthülse aufweisende Komponente der Kontaktvorrichtung ist erfindungsgemäß mit einem Segment bis zur Ausformung in eine in der Leiterplatte ausgebildete Durchgangsöffnung eingesteckt, insbesondere eingepresst, und mit der Leiterplatte verlötet angeordnet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Lamellenkontaktfedern des Federelements in axialer Richtung der Kontaktvorrichtung streifenförmig ausgebildet sind. Die Lamellenkontaktfedern sind vorzugsweise jeweils an sich gegenüberliegend angeordneten Enden miteinander verbunden. Dabei sind die Verbindungen der Lamellenkontaktfedern im Bereich der Enden beziehungsweise Stirnseiten der hohlzylinderförmigen Komponente der Kontaktvorrichtung jeweils in Form eines Kreisrings ausgebildet.
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Die Lamellenkontaktfedern sind in einem Ausgangszustand der Komponente bevorzugt im Bereich zwischen den Enden in einer radialen Richtung, insbesondere gleichmäßig über der Länge, nach außen oder nach innen ausbauchend ausgebildet. Als Ausgangszustand ist dabei der unmontierte Zustand der Anordnung beziehungsweise der Vorrichtung zu verstehen.
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Nach einer zweiten und dritten Konzeption der Erfindung weist die Kontaktvorrichtung ein erstes Kontaktelement und ein zum ersten Kontaktelement separat ausgebildetes zweites Kontaktelement auf. Dabei ist vorteilhaft das als eine hohlzylinderförmige Kontakthülse, insbesondere mit einer geschlossenen Stirnseite ausgebildete erste Kontaktelement in radialer Richtung an einer Außenseite des zweiten Kontaktelements, das zweite Kontaktelement vollumfänglich umschließend angeordnet, sodass sich das zweite Kontaktelement vollständig innerhalb des ersten Kontaktelements befindet und die Kontaktelemente koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Das als hohlkreiszylinderförmige Kontakthülse ausgebildete erste Kontaktelement weist vorzugsweise eine sich von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten, insbesondere geschlossen ausgebildeten Stirnseite erstreckende Öffnung mit einem vorzugsweise über der Länge konstanten Innendurchmesser zum Aufnehmen des zweiten Kontaktelements auf.
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Das zweite Kontaktelement ist jeweils erfindungsgemäß als Federkontaktelement mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern ausgebildet und das Verbindungselement, vorzugsweise vollumfänglich, umschließend sowie elektrisch kontaktierend angeordnet. Das zweite Kontaktelement weist jeweils im Bereich von Stirnseiten einen Innendurchmesser auf, welcher im Wesentlichen geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Verbindungselements, um im montierten Zustand der Anordnung jeweils eine Federkraft erzeugend mit der Innenfläche an der Außenfläche des Verbindungselements anzuliegen.
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Die Lamellenkontaktfedern sind nach der zweiten Konzeption der Erfindung jeweils an den sich gegenüberliegend angeordneten, die Form eines Kreisrings aufweisenden Enden miteinander verbunden. Dabei ist der Kreisring jeweils mit einer, insbesondere in axialer Richtung verlaufenden, schlitzförmigen Öffnung ausgebildet, sodass der Durchmesser des Kreisrings variierbar ist.
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Nach der dritten Konzeption der Erfindung sind die Lamellenkontaktfedern in einem Ausgangszustand des zweiten Kontaktelements beziehungsweise einem unmontierten Zustand der Anordnung in einer radialen Richtung nach außen ausbauchend ausgebildet und das zweite Kontaktelement weist im mit den Lamellenkontaktfedern ausgebildeten Bereich einen maximalen Außendurchmesser auf. Der maximale Außendurchmesser ist größer als ein Innendurchmesser des als hohlkreiszylinderförmige Kontakthülse ausgebildeten ersten Kontaktelements, sodass die Lamellenkontaktfedern im montierten Zustand der Anordnung jeweils elastisch verformt mit einer Außenfläche an einer Innenfläche des ersten Kontaktelements anliegen.
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Das zweite Kontaktelement ist an einer in axialer Richtung nach außen weisenden Stirnseite eines Kreisrings, das heißt an einem Ende, bevorzugt mit einer radial nach innen weisenden Arretierung ausgebildet. Die Arretierung dient dabei als Anschlag bei der Anordnung des zweiten Kontaktelements am Verbindungselement.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das als hohlkreiszylinderförmige Kontakthülse ausgebildete erste Kontaktelement der Kontaktvorrichtung einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, welche sich jeweils in axialer Richtung erstrecken und an der Ausformung miteinander verbunden sind. Dabei erstreckt sich der erste Abschnitt von einer ersten Stirnseite bis zur Ausformung und ist insbesondere mit einer größeren Ausdehnung in axialer Richtung als der zweite Abschnitt ausgebildet, welcher sich von einer zweiten Stirnseite bis zur Ausformung erstreckt.
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Das erste Kontaktelement ist vorteilhaft mit dem ersten Abschnitt, vorzugsweise bis zur Ausformung, in eine in der Leiterplatte ausgebildete Durchgangsöffnung eingesteckt, insbesondere eingepresst, und mit der Leiterplatte verlötet.
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Nach einer vierten Konzeption der Erfindung ist die Kontaktvorrichtung als einteilige Komponente mit einem ersten Kontaktbereich und einem zweiten Kontaktbereich ausgebildet. Dabei weisen die als hohlkreiszylinderförmige Hülse ausgebildeten Kontaktbereiche vorzugsweise eine sich von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite der Kontaktvorrichtung erstreckende Öffnung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, zum Aufnehmen des Verbindungselements auf.
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Der zweite Kontaktbereich ist vorteilhaft als Federkontaktelement mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern ausgebildet und das Verbindungselement, vorzugsweise vollumfänglich, umschließend sowie elektrisch kontaktierend angeordnet. Die Lamellenkontaktfedern sind bevorzugt in einem Ausgangszustand der Kontaktvorrichtung in einer radialen Richtung nach innen ausbauchend ausgebildet, sodass die Kontaktvorrichtung im mit den Lamellenkontaktfedern ausgebildeten zweiten Kontaktbereich einen minimalen Innendurchmesser aufweist. Der minimale Innendurchmesser ist dabei geringer als ein Außendurchmesser des Verbindungselements, sodass die Lamellenkontaktfedern im montierten Zustand der Anordnung jeweils elastisch verformt mit einer Innenfläche an einer Außenfläche des Verbindungselements anliegen.
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Die als hohlkreiszylinderförmige Hülse ausgebildeten Kontaktbereiche erstrecken sich erfindungsgemäß jeweils in axialer Richtung und sind an einer Ausformung miteinander verbunden. Dabei erstreckt sich der erste Kontaktbereich von einer ersten Stirnseite bis zur Ausformung und ist insbesondere mit einer geringeren Ausdehnung in axialer Richtung als der zweite Kontaktbereich ausgebildet, welcher sich von einer zweiten Stirnseite bis zur Ausformung erstreckt.
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Die Kontaktvorrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Kontaktbereich, insbesondere bis zur Ausformung, in eine in der Leiterplatte ausgebildete Durchgangsöffnung eingesteckt, speziell eingepresst, und mit der Leiterplatte verlötet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsanordnung mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungselement und einem Halteelement ausgebildet. Dabei ist das Verbindungselement vollumfänglich vom Halteelement umschlossen derart angeordnet sowie über ein Formelement fest und fluiddicht mit dem Halteelement verbunden, dass das Verbindungselement mit jeweils einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aus dem Halteelement hervorragt. Das Verbindungselement kann mit einem ersten Bereich mit der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters verbunden angeordnet sein.
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Das Halteelement ist vorteilhaft plattenförmig mit sich gegenüberliegend angeordneten Oberflächen und mindestens einer Durchgangsöffnung zur Aufnahme des mindestens einen Verbindungselements ausgebildet. Dabei sind der erste Bereich und der zweite Bereich des Verbindungselements aus den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Halteelements hervorragend und ein dritter Bereich des Verbindungselements innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet. Die Bereiche des Verbindungselements sind sich entlang einer gemeinsamen Achse, insbesondere einer Längsachse, erstreckend ausgerichtet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein zwischen dem Verbindungselement, insbesondere dem dritten Bereich des Verbindungselements, und dem Halteelement, speziell zwischen dem Verbindungselement und einer die Durchgangsöffnung umlaufenden Wandung des Halteelements, ausgebildeter Spalt vom Formelement ausgefüllt ist. Das Formelement ist vorzugsweise als ein Glasformelement ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement als ein stiftförmiger Steckverbinder zylinderförmig ausgebildet und weist vorzugsweise die Form eines geraden Stiftes auf. Das Verbindungselement kann zumindest im Verbindungsbereich mit der Kontaktvorrichtung eine Kreiszylinderform mit einem im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweisen.
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Die Kontaktvorrichtung und das Verbindungselement sind bevorzugt koaxial zueinander ausgerichtet.
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Die Aufgabe wird auch durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor, gelöst. Die Vorrichtung weist einen Rotor und einen unbeweglichen Stator, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken, sowie ein Gehäuse auf.
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Der Stator ist vorteilhaft in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors, den Rotor umschließend positioniert.
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Nach der Konzeption der Erfindung sind an einer ersten in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite des Stators ein Trägerelement mit einem Aufnahmeelement zur Aufnahme mindestens eines Verbindungselements und eine Anordnung zum Verbinden elektrischer Anschlüsse ausgebildet.
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Unter der axialen Richtung ist an dieser Stelle die Richtung der Längsachse des Stators zu verstehen, welche auch der Längsachse und der Rotationsachse des Rotors entspricht. Eine in der axialen Richtung ausgerichtete Stirnseite ist in einer senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Ebene angeordnet.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Montieren der Anordnung zum Verbinden elektrischer Anschlüsse für eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Verbinden mindestens einer Kontaktvorrichtung mit einer Leiterplatte, wobei die Kontaktvorrichtung jeweils mit einer ersten Stirnseite voran durch eine in der Leiterplatte ausgebildete Durchgangsöffnung eingesteckt wird bis die Kontaktvorrichtung mit einer Ausformung auf der Leiterplatte aufliegt sowie
- - Verlöten der Kontaktvorrichtung mit der Leiterplatte und
- - Aufstecken jeweils eines Federkontaktelements mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern der Kontaktvorrichtung auf ein Verbindungselement, sodass die Kontaktvorrichtung mit dem Federkontaktelement elektrisch leitend am Verbindungselement anliegt und eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Verbindungselement hergestellt ist.
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Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden mindestens ein erstes Kontaktelement der Kontaktvorrichtung mit der Leiterplatte verbunden sowie mindestens ein zweites Kontaktelement auf ein Verbindungselement aufgesteckt. Zudem wird die Leiterplatte mit dem mit der Leiterplatte fest verbundenen mindestens einen ersten Kontaktelement auf das Verbindungselement mit dem mindestens einen auf dem Verbindungselement aufgesteckten zweiten Kontaktelement derart aufgeschoben, dass das zweite Kontaktelement mit dem Verbindungselement innerhalb des ersten Kontaktelements angeordnet ist.
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Beim Einstecken des zweiten Kontaktelements in eine Öffnung des ersten Kontaktelements werden vorteilhaft einzelne Lamellenkontaktfedern des Federkontaktelements an eine Innenfläche des ersten Kontaktelements angelegt und elastisch derart verformt, dass eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen der Kontaktvorrichtung hergestellt wird.
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Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die mindestens eine Kontaktvorrichtung an einem ersten Kontaktbereich mit der Leiterplatte verbunden. Zudem wird die Leiterplatte mit der mit der Leiterplatte fest verbundenen Kontaktvorrichtung mit einem zweiten Kontaktbereich auf das Verbindungselement derart aufgeschoben, dass das Verbindungselement zumindest innerhalb des zweiten Kontaktbereichs der Kontaktvorrichtung angeordnet ist.
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Beim Aufschieben der Kontaktvorrichtung mit dem zweiten Kontaktbereich auf das Verbindungselement werden vorzugsweise einzelne Lamellenkontaktfedern des Federkontaktelements an eine Außenfläche des Verbindungselements angelegt und elastisch derart verformt, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktvorrichtung und dem Verbindungselement hergestellt wird.
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Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere eines Elektromotors, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zum Verbinden elektrischer Anschlüsse beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit der Anordnung weisen zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:
- - minimale Anzahl an Komponenten mit geringen Anforderungen an die Genauigkeiten und Toleranzen für mechanische und thermische Verspannungen, beispielsweise der Verbindungselemente innerhalb des Formelements, da Ausgleich großer Toleranzen gewährleistet wird, damit auch
- - geringer Platzbedarf und großer verfügbarer Bauraum am Inverter,
- - einfache Montage der Anordnung mit direktem elektrischen Kontakt der Verbindungselemente mit der Leiterplatte, insbesondere ohne den Einsatz von Stromschienen in Verbindung mit selektivem beziehungsweise manuellem Löten, unter anderem da eine automatische Leiterplattenbestückung zusammen mit anderen elektronischen Komponenten mit minimaler Steckkraft möglich ist und dabei die Kontaktvorrichtungen eine axiale Arretierung aufweisen, welche zudem als axiale Lötfläche dient, die vorverzinnte Kontaktvorrichtung direkt mit der Leiterplatte verlötet werden kann, das Einpressen oder Verschrauben beziehungsweise das selektive Löten von einzelnen Kontaktelementen auf der Leiterplatte entfallen, sowie Flusslöten im Rückflussverfahren anwendbar ist,
- - mit minimaler Anzahl an in Reihe angeordneter elektrischer Kontaktstellen treten lediglich minimale elektrische Verluste bei gleichzeitig maximaler Wärmeabfuhr, insbesondere durch die wärmeleitenden Verbindungselemente, auf und
- - minimale Kosten bei der Herstellung.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1a: einen elektrisch angetriebenen Verdichter mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Elektromotor, zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus und einer Anordnung eines Inverters in einer Schnittdarstellung,
- 1b: eine Leiterplatte des Inverters mit Schaltelementen und einer Verbindungsanordnung aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht sowie
- 1c: die Leiterplatte aus 1b mit eingepressten Kontakthülsen in einer Draufsicht,
- 2a: eine Verbindungsanordnung mit Verbindungselementen, einem Halteelement und einer ersten Kontaktvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Kontaktelement zum elektrischen Verbinden von elektrischen Anschlüssen des Elektromotors mit elektrischen Anschlüssen des Inverters in einer perspektivischen Ansicht,
- 2b bis 2d: die Verbindungsanordnung mit der ersten Kontaktvorrichtung aus 2a in einem an der Leiterplatte des Inverters montierten Zustand in einer seitlichen Darstellung, in einer Schnittdarstellung sowie in einer perspektivischen Ansicht der Leiterplatte,
- 2e bis 2h: jeweils ein zweites Kontaktelement der ersten Kontaktvorrichtung aus den 2a bis 2d in einer perspektivischen Gesamtansicht sowie in einer Detailansicht,
- 3a und 3b: Verbindungselemente der Verbindungsanordnung jeweils mit einer zweiten Kontaktvorrichtung in einem an der Leiterplatte des Inverters montierten Zustand in einer perspektivischen Ansicht und in einer Schnittdarstellung sowie
- 3c und 3d: die zweite Kontaktvorrichtung mit einem ersten Kontaktbereich und einem zweiten Kontaktbereich in einer seitlichen sowie einer perspektivischen Ansicht.
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Aus 1a geht ein elektrisch angetriebener Verdichter 1 eines dampfförmigen Fluids, speziell für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, mit einem in einem Gehäuse 2 angeordneten Elektromotor 3 als eine Vorrichtung 3 zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus 4 und einer Anordnung eines Inverters 5 in einer Schnittdarstellung hervor. Der Elektromotor 3 wird über eine Schaltvorrichtung 6 des Inverters 5 mit elektrischer Energie versorgt.
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Der Elektromotor 3 weist einen Stator 7 mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Statorkern und auf dem Statorkern aufgewickelte Spulen sowie einen innerhalb des Stators 7 angeordneten Rotor 8 auf. Der Rotor 8 wird in eine Rotationsbewegung versetzt, wenn den Spulen des Stators 7 über eine Verbindungsanordnung 9 elektrische Energie zugeführt wird. Die Verbindungsanordnung 9 ist an einer Stirnseite des Stators 7 ausgebildet und weist eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen auf.
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Der Rotor 8 ist koaxial innerhalb des Stators 7 und um eine Rotationsachse drehbar angeordnet. Eine Antriebswelle 10 kann integral mit dem Rotor 8 oder als ein separates Element ausgebildet sein.
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Der Elektromotor 3 sowie der als Scrollverdichter mit einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale ausgebildete Verdichtungsmechanismus 4 sind innerhalb eines vom Gehäuse 2 umschlossenen Volumens angeordnet. Dabei ist das Gehäuse 2 aus einem ersten Gehäuseelement zur Aufnahme des Elektromotors 3 und einem zweiten Gehäuseelement zur Aufnahme des Verdichtungsmechanismus 4 sowie vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Aluminium, ausgebildet.
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Die orbitierende Spirale des Verdichtungsmechanismus 4, in welchem das dampfförmige Fluid, speziell ein Kältemittel, verdichtet wird, wird über die mit dem Rotor 8 des Elektromotors 3 verbundene Antriebswelle 10 angetrieben. Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Verdichtungsmechanismus beispielsweise auch mit einer Taumelscheibe ausgebildet sein.
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Die Schaltvorrichtung 6 zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 3 weist eine mit verschiedenen Schaltelementen 11 ausgebildete Leiterplatte 12 auf. Auf der Leiterplatte 12 sind unterschiedliche Ansteuerschaltungen und Komponenten elektrisch verbunden montiert, welche mit elektrischer Energie aus einer externen Stromquelle versorgt werden.
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An einer Stirnseite des Stators 7 ist ein Trägerelement mit einem Aufnahmeelement mit Verbindungsdurchgängen für ein Steckergehäuse mit Verbindungsanschlüssen angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse des Steckergehäuses dienen jeweils als Komponente einer elektrischen Verbindung zwischen den Spulen des Elektromotors und dem Inverter, insbesondere elektrisch leitenden, stiftförmigen Verbindungselementen, welche durch die Verbindungsdurchgänge des Aufnahmeelements des Trägerelements hindurchgeführt in die Verbindungsanschlüsse des Steckergehäuses eingesteckt angeordnet sind.
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In 1b ist eine Leiterplatte 12' des Inverters mit Schaltelementen 11 und einer Verbindungsanordnung 9' mit in die Leiterplatte 12' eingepressten Kontakthülsen 15' aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Aus 1c geht die Leiterplatte 12' aus 1b mit den in die Leiterplatte 12' eingepressten Kontakthülsen 15' in einer Draufsicht hervor.
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Die elektrisch leitenden, stiftförmigen Verbindungselemente 13' der Verbindungsanordnung 9', welche die Verbindungen zu den elektrischen Anschlüssen des nicht dargestellten Elektromotors darstellen, sind über die in die Leiterplatte 12' eingepressten Kontakthülsen 15' mit dem Inverter verbunden. Die Verbindungselemente 13', auch als Steckverbinder bezeichnet, sind dabei innerhalb eines Halteelements 14' parallel zueinander ausgerichtet fixiert. Die Kontakthülsen 15' sind ebenfalls parallel zueinander und im gleichen Abstand wie die Verbindungselemente 13' der Verbindungsanordnung 9' zur Aufnahme der Verbindungselemente 13' angeordnet. Die Kontakthülsen 15' sind direkt in die Leiterplatte 12' eingepresst.
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Zum elektrischen Verbinden der einzelnen Komponenten untereinander sind Sammelschienen 16 selektiv auf die Leiterplatte 12' aufgelötet. So ist beispielsweise jede Kontakthülse 15' an einem Ende einer Sammelschiene 16 mit der Sammelschiene 16 elektrisch und mechanisch verbunden.
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Während der Montage werden die Verbindungselemente 13' jeweils in eine Kontakthülse 15' eingesteckt. Verbindungselement 13' und Kontakthülse 15' sind derart ausgebildet, dass jedes Verbindungselement 13' mit einer Außenfläche an einer Innenfläche einer hohlzylinderförmigen Kontakthülse 15' anliegt und so ein elektrischer Kontakt hergestellt ist.
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Mit dem mittels der Sammelschienen 16 ausgebildeten indirekten Kontaktieren sollen bei der Anordnung der Einzelkomponenten der elektrischen Verbindungen auftretende Toleranzen kompensiert werden. Zudem kann dieses indirekte Kontaktieren lediglich in Kombination mit relativ langen und flexiblen Sammelschienen 16 umgesetzt werden.
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In 2a ist eine Verbindungsanordnung 9, insbesondere eine Glas-Metall-Elektrodurchführung, mit Verbindungselementen 13, einem Halteelement 14 sowie Formelementen 17 und einer ersten Kontaktvorrichtung 15-1 mit einem ersten Kontaktelement 15-1a und einem zweiten Kontaktelement 15-1 b zum elektrischen Verbinden von im Steckergehäuse des Elektromotors angeordneten Anschlüssen mit Anschlüssen des Inverters in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
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Die Verbindungselemente 13 sind durch das plattenförmige Halteelement 14 hindurchgeführt angeordnet. Jedes die Form eines geraden Stiftes aufweisende Verbindungselement 13, im Weiteren auch als Steckverbinder bezeichnet, ist drei unterschiedliche Bereiche ausbildend angeordnet, welche entlang einer gemeinsamen Achse, insbesondere einer Längsachse, ausgerichtet sind. Dabei ragen jeweils ein erster Bereich und ein zweiter Bereich aus den sich gegenüberliegenden Oberflächen des plattenförmigen Halteelements 14 hervor. Ein dritter Bereich des Verbindungselements 13 ist jeweils innerhalb des Halteelements 14, angeordnet.
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Die vorzugsweise als gerade Kreiszylinder mit über der Länge konstantem Durchmesser ausgebildeten Verbindungselemente 13 sind jeweils mit dem dritten Bereich innerhalb einer im Halteelement 14 vorgesehenen Durchgangsöffnung angeordnet. Der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung entspricht dabei dem Außendurchmesser des Verbindungselements 13 zuzüglich eines Spieles zum Montieren und Fixieren des Verbindungselements 13 innerhalb der Durchgangsöffnung. Der zwischen dem Verbindungselement 13 und der die Durchgangsöffnung umlaufenden Wandung des Halteelements 14 ausgebildete Spalt ist vom Formelement 17, insbesondere einem Glasformelement, ausgefüllt. Das den Spalt ausfüllende, bevorzugt aus einem Glas ausgebildete Formelement 17 dient zum einen dem Fixieren des Verbindungselements 13 innerhalb der Durchgangsöffnung und damit am Halteelement 14 sowie zum anderen dem Isolieren des elektrisch leitfähigen Verbindungselements 13 zum Halteelement 14. Das Formelement 17 ragt dabei aus der Ebene der jeweiligen Oberfläche des Halteelements 14 in Richtung des Verbindungselements 13 hervor. Die Überstände des Formelements 17 weisen jeweils im Wesentlichen die Form eines Kegels beziehungsweise eines Kegelstumpfes auf.
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Die schwierig einstellbare und reproduzierbare Anordnung der Verbindungselemente 13 innerhalb des Halteelements 14 unterliegt herstellungsbedingt Abweichungen, insbesondere da sich bei der Herstellung die Toleranzen sämtlicher Werkzeuge addieren. Die Abweichungen sind mit einer hohen Flexibilität als auch mit einer hohen Genauigkeit auszugleichen.
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Zum sicheren elektrischen Verbinden unter Ausgleichen der auftretenden Toleranzen weist eine erste Ausführungsform einer Kontaktvorrichtung 15-1 zwei koaxial zueinander angeordnete Kontaktelemente 15-1a, 15-1 b auf, welche sich im montierten Zustand der Kontaktvorrichtung 15-1 entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken. Das als eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Kontakthülse mit einer geschlossenen Stirnseite ausgebildete erste Kontaktelement 15-1a ist in radialer Richtung an einer Außenseite des zweiten Kontaktelements 15-1b, das zweite Kontaktelement 15-1 b vollständig umschließend positioniert. Dabei ist das zweite Kontaktelement 15-1 b als ein Federkontaktelement, insbesondere mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern, ausgebildet.
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Aus 2a gehen sowohl ein auf einen aus dem Halteelement 14 hervorragenden Bereich des Verbindungselements 13 aufgeschobenes zweites Kontaktelement 15-1b einer Kontaktvorrichtung 15-1 als auch ein auf ein nicht sichtbares zweites Kontaktelement 15-1b aufgeschobenes erstes Kontaktelement 15-1a einer Kontaktvorrichtung 15-1 hervor. Das zweite Kontaktelement 15-1 b ist vollständig innerhalb des ersten Kontaktelements 15-1a angeordnet und damit vom ersten Kontaktelement 15-1a verdeckt.
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Das erste Kontaktelement 15-1a weist im Wesentlichen die Form einer hohlkreiszylinderförmigen Hülse mit einer geschlossenen Stirnseite mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt auf, welche sich jeweils in axialer Richtung der Hülse erstrecken und über einen als Ausformung 15a, speziell als Sitzfläche beziehungsweise Flansch, ausgebildeten Abschnitt miteinander verbunden sind. Die Ausformung 15a ist auf einer Außenfläche der Hülse vollumfänglich ausgebildet.
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Der erste Abschnitt erstreckt sich folglich von einer ersten Stirnseite der Hülse bis zur Ausformung 15a und ist mit einer größeren Ausdehnung in axialer Richtung als der zweite Abschnitt ausgebildet, welcher sich von einer zweiten, geschlossenen Stirnseite der Hülse bis zur Ausformung 15a erstreckt.
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Die Hülse weist zudem eine sich von der ersten Stirnseite zur zweiten, geschlossenen Stirnseite der Hülse erstreckende, insbesondere eine als Sackbohrung ausgebildete Öffnung mit einem vorzugsweise über der Länge konstanten Innendurchmesser zum Aufnehmen des zweiten Kontaktelements 15-1b auf. Die geschlossene Stirnseite des ersten Kontaktelements 15-1a dient als Anschlag für das zweite Kontaktelement 15-1b beim Montieren der Kontaktvorrichtung 15-1 und zum Fixieren des zweiten Kontaktelements 15-1b zwischen dem Verbindungselement 13 und dem ersten Kontaktelement 15-1a. Die geschlossene Stirnseite des ersten Kontaktelements 15-1a verhindert dabei ein ungewolltes Verschieben des zweiten Kontaktelements 15-1b entlang des Verbindungselements 13 während der Montage.
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Sowohl im ersten Abschnitt als auch im zweiten Abschnitt ist das hohlkreiszylinderförmige erste Kontaktelement 15-1a mit einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke ausgebildet. Die Ausformung 15a ist in einer senkrecht zur Längsachse des ersten Kontaktelements 15-1a verlaufenden Ebene ausgerichtet und ragt in radialer Richtung über die Außenflächen der Abschnitte hervor, sodass das erste Kontaktelement 15-1a im Bereich der Ausformung 15a mit einer größeren Wandstärke ausgebildet ist.
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Die Ausdehnung des ersten Kontaktelements 15-1a in axialer Richtung, speziell der als Sackbohrung ausgebildeten Öffnung des ersten Kontaktelements 15-1a, entspricht vorzugsweise im Wesentlichen maximal der Länge des aus dem Halteelement 14 beziehungsweise aus dem Formelement 17 hervorragenden Bereichs des Verbindungselements 13.
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Aus den 2b bis 2d geht die Verbindungsanordnung 9 mit der Kontaktvorrichtung 15-1 aus 2a in einem an der Leiterplatte 12 des Inverters montierten Zustand in einer seitlichen Darstellung, in einer Schnittdarstellung sowie in einer perspektivischen Ansicht der Leiterplatte 12 hervor.
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Das erste Kontaktelement 15-1a ist direkt in der Leiterplatte 12 angeordnet und mit der Leiterplatte 12 verlötet. Dabei ist die Kontakthülse mit der ersten Stirnseite voran durch eine in der Leiterplatte 12 ausgebildete Durchgangsöffnung hindurchgesteckt angeordnet und liegt mit der flanschförmigen beziehungsweise wulstartigen Ausformung 15a an einer Oberfläche der Leiterplatte 12 an. Die Ausformung 15a dient folglich als axialer Anschlag und Stütze während der Montage. Das erste Kontaktelement 15-1a steht einerseits mit dem zweiten Abschnitt und der Ausformung 15a an einer ersten Oberfläche der Leiterplatte 12 aus der Leiterplatte 12 hervor. Andererseits steht das erste Kontaktelement 15-1a mit einem Teil des ersten Abschnitts von einer zweiten Oberfläche der Leiterplatte 12 aus der Leiterplatte 12 über.
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Der Durchmesser der in der Leiterplatte 12 vorgesehenen Durchgangsöffnung entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des ersten Abschnitts des ersten Kontaktelements 15-1a zuzüglich eines Spiels zur Montage und zum Verlöten der Komponenten. Die Oberfläche des aus einem Metall ausgebildeten ersten Kontaktelements 15-1a wird beispielsweise für das Wiederaufschmelzlöten, auch als Reflow-Löten bezeichnet, behandelt, insbesondere beschichtet, speziell verzinnt.
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Die Form und das Design des ersten Kontaktelements 15-1a ist für ein automatisches Bestücken der Leiterplatte 12 geeignet. Nach dem automatischen Einlegen des ersten Kontaktelements 15-1a in die Durchgangsöffnung der Leiterplatte 12 wird das erste Kontaktelement 15-1a durch Weichlöten mit der Leiterplatte 12 verbunden. Mit der als axialer Anschlag ausgebildeten Ausformung 15a wird während des Lötprozesses zudem ein ausreichender Lötspalt gewährleistet, um alle Belastungen während der Montage und des Betriebs aufzunehmen.
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Beim Vorgang der Montage werden jeweils ein als ein Federkontaktelement, insbesondere mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern, ebenfalls hülsenförmig ausgebildetes zweites Kontaktelement 15-1b auf einen der über das Halteelement 14 miteinander gekoppelten Verbindungselemente 13 der Verbindungsanordnung 9 aufgesteckt. Die Wandung des zweiten Kontaktelements 15-1b ist jeweils im Bereich der Stirnseiten in Form eines Kreisrings und im Bereich der Lamellenkontaktfedern gleichmäßig radial nach außen ausbauchend ausgebildet. Die streifenförmigen Lamellenkontaktfedern sind an den Stirnseiten miteinander verbunden. In den 2e bis 2h ist jeweils ein zweites Kontaktelement 15-1b der ersten Kontaktvorrichtung 15-1 in Einzelteildarstellung und einer perspektivischen Gesamtansicht sowie in einer Detailansicht gezeigt.
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Das zweite Kontaktelement 15-1b weist jeweils im Bereich der Stirnseiten einen Innendurchmesser auf, welcher geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Verbindungselements 13, um im montierten Zustand der Vorrichtung eine Federkraft erzeugend mit der Innenfläche an der Außenfläche des Verbindungselements 13 anzuliegen und damit einen elektrischen Kontakt zum Verbindungselement 13 herzustellen. Zum Aufbringen der Federkraft während der Montage und im montierten Zustand der Vorrichtung ist der jeweils im Bereich der Stirnseiten der Wandung des zweiten Kontaktelements 15-1b ausgebildete Kreisring mit einer vorzugsweise schlitzförmigen Öffnung 18, insbesondere in axialer Richtung vollständig geschlitzt, ausgebildet. Mit der Öffnung 18 wird ein zumindest geringfügiges Vergrößern des Durchmessers des Kreisrings ermöglicht, um derart die notwendige Federkraft zu erzeugen.
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Das zweite Kontaktelement 15-1b weist im mit den Lamellenkontaktfedern ausgebildeten Bereich einen maximalen Außendurchmesser auf, welcher größer ist als der Innendurchmesser des ersten Kontaktelements 15-1a. Beim Einführen des zweiten Kontaktelements 15-1b in die Öffnung des ersten Kontaktelements 15-1a werden die einzelnen Lamellenkontakte an die Innenfläche des ersten Kontaktelements 15-1a angelegt und dabei elastisch verformt, um derart einen elektrischen Kontakt zwischen der Kontaktelementen 15-1a, 15-1b der Kontaktvorrichtung 15-1 herzustellen.
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Je nach Montagereihenfolge ist das zweite Kontaktelement 15-1b aufgrund der elastischen Verformung entweder im Bereich der Stirnseiten auf dem Verbindungselement 13 oder im Bereich der Lamellenkontaktfedern innerhalb des ersten Kontaktelements 15-1a jeweils verliersicher fixiert.
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Während der Montage der Vorrichtung wird die Leiterplatte 12 mit den in der Leiterplatte 12 angeordneten und mit der Leiterplatte 12 fest verbundenen ersten Kontaktelementen 15-1a auf die Verbindungselemente 13 der Verbindungsanordnung 9 mit den an auf den Verbindungselementen 13 aufgesteckten zweiten Kontaktelementen 15-1b derart aufgeschoben, dass die zweiten Kontaktelemente 15-1b mit den Verbindungselementen 13 innerhalb der ersten Kontaktelemente 15-1a angeordnet sind.
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Im montierten Zustand der Vorrichtung sind die zweiten Kontaktelemente 15-1b jeweils innerhalb eines zwischen einer Außenfläche der Verbindungselemente 13 und einer Innenfläche des ersten Kontaktelements 15-1a ausgebildeten spaltförmigen, insbesondere im Wesentlichen kreisringspaltförmigen Zwischenraums fixiert.
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Das zweite Kontaktelement 15-1b ist an einer der kreisringförmigen Stirnseiten, an einer in axialer Richtung nach außen weisenden Seite mit einer radial nach innen weisenden Arretierung 19 ausgebildet, welche bei der Montage auf dem Verbindungselement 13 als Anschlag dient und das zweite Kontaktelement 15-1b zwischen dem ersten Kontaktelement 15-1a und dem Verbindungselement 13 fixiert. Mittels der Arretierung 19 wird sichergestellt, dass das zweite Kontaktelement 15-1b lediglich bis einer bestimmten Position auf das Verbindungselement 13 aufgesteckt und in der Position arretiert wird. Die Arretierung 19 kann dabei beispielsweise, gemäß der 2e und 2f, als radial nach innen ausgerichteter, vollumfänglicher Kragen oder, gemäß der 2g und 2h, als ein Einzelelement in Form eines Hakens beziehungsweise eines Fingers ausgebildet sein. Zudem ist eine Ausbildung der Arretierung mit mindestens zwei, vorzugsweise gegenüberliegend angeordneten Einzelelementen denkbar.
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Das erste Kontaktelement 15-1a, das zweite Kontaktelement 15-1b und das Verbindungselement 13 sind im montierten Zustand derart ausgerichtet und angeordnet, dass ein ausreichender Toleranzausgleich gewährleistet ist, um die Verbindungselemente 13 auch unter extremen Toleranzbedingungen aufzunehmen und eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 12 und dem Verbindungselement 13 zu gewährleisten.
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In den 3a und 3b sind Verbindungselemente 13 einer Verbindungsanordnung 9 jeweils mit einer zweiten Kontaktvorrichtung 15-2 in einem an der Leiterplatte 12 des Inverters montierten Zustand in einer perspektivischen Ansicht und in einer Schnittdarstellung gezeigt. In den 3c und 3d ist die zweite Kontaktvorrichtung 15-2 mit einem ersten Kontaktbereich 15-2a und einem zweiten Kontaktbereich 15-2b in einer seitlichen sowie einer perspektivischen Detailansicht dargestellt.
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Die ebenfalls zum sicheren elektrischen Verbinden unter Ausgleichen der auftretenden Toleranzen zwischen dem Verbindungselement 13 und der Leiterplatte 12 im Wesentlichen als eine hohlzylinderförmige Kontakthülse ausgebildete zweite Kontaktvorrichtung 15-2 weist einen ersten Kontaktbereich 15-2a sowie einen zweiten Kontaktbereich 15-2b auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken. Die Kontaktvorrichtung 15-2 ist mit den Kontaktbereichen 15-2a, 15-2b als eine einstückige beziehungsweise einteilige Komponente ausgebildet.
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Der erste Kontaktbereich 15-2a und der zweite Kontaktbereich 15-2b sind über einen als Ausformung 15a, speziell als Sitzfläche beziehungsweise Flansch, ausgebildeten Abschnitt miteinander verbunden. Die Ausformung 15a ist auf einer Außenfläche der Hülse vollumfänglich ausgebildet. Der erste Kontaktbereich 15-2a erstreckt sich folglich von einer ersten Stirnseite der Hülse bis zur Ausformung 15a und ist mit einer geringeren Ausdehnung in axialer Richtung als der zweite Kontaktbereich 15-2b ausgebildet, welcher sich von einer zweiten Stirnseite der Hülse bis zur Ausformung 15a erstreckt. Die Hülse weist zudem eine durchgehend und sich damit von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite der Hülse erstreckende Öffnung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, zum Aufnehmen des Verbindungselements 13 auf.
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Im ersten Kontaktbereich 15-2a ist die hohlkreiszylinderförmige Kontaktvorrichtung 15-2 mit einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke ausgebildet. Die Ausformung 15a ist in einer senkrecht zur Längsachse des hohlkreiszylinderförmigen ersten Kontaktbereichs 15-2a verlaufenden Ebene ausgerichtet und ragt in radialer Richtung über die Außenflächen der Kontaktbereiche 15-2a, 15-2b hervor, sodass die Kontaktvorrichtung 15-2 im Bereich der Ausformung 15a mit einer größeren Wandstärke ausgebildet ist.
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Der erste Kontaktbereich 15-2a ist direkt in der Leiterplatte 12 angeordnet und mit der Leiterplatte 12 verlötet. Dabei ist die Kontakthülse mit der ersten Stirnseite voran durch eine in der Leiterplatte 12 ausgebildete Durchgangsöffnung hindurchgesteckt angeordnet und liegt mit der als axialer Anschlag und Stütze vorgesehenen flanschförmigen beziehungsweise wulstartigen Ausformung 15a an einer Oberfläche der Leiterplatte 12 an. Die Kontaktvorrichtung 15-2 steht insbesondere mit dem zweiten Kontaktbereich 15-2b und der Ausformung 15a an einer Oberfläche der Leiterplatte 12 aus der Leiterplatte 12 hervor. Der erste Kontaktbereich 15-2a ist zumindest mit einem Großteil innerhalb der Durchgangsöffnung der Leiterplatte 12 angeordnet.
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Der Durchmesser der in der Leiterplatte 12 vorgesehenen Durchgangsöffnung entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des ersten Kontaktbereichs 15-2a zuzüglich eines Spiels zur Montage und zum Verlöten der Komponenten. Die Oberfläche der aus einem Metall ausgebildeten Kontaktvorrichtung 15-2 wird beispielsweise für das Wiederaufschmelzlöten, auch als Reflow-Löten bezeichnet, behandelt, insbesondere beschichtet, speziell verzinnt.
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Nach dem vorzugsweise automatischen Einlegen der Kontaktvorrichtung 15-2 in die Durchgangsöffnung der Leiterplatte 12 wird die Kontaktvorrichtung 15-2 durch Weichlöten mit der Leiterplatte 12 verbunden. Mit der als axialer Anschlag ausgebildeten Ausformung 15a wird während des Lötprozesses zudem ein ausreichender Lötspalt gewährleistet, um alle Belastungen während der Montage und des Betriebs aufzunehmen.
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Beim Vorgang der Montage wird die Kontaktvorrichtung 15-2 mit dem als ein Federkontaktelement, insbesondere mit elastisch verformbaren Lamellenkontaktfedern, ausgebildeten zweiten Kontaktbereich 15-2b auf ein Verbindungselement 13 aufgesteckt. Die Wandung des zweiten Kontaktbereichs 15-2b ist jeweils im Bereich der Stirnseiten in Form eines Kreisrings und im Bereich der Lamellenkontaktfedern gleichmäßig radial nach innen einbauchend ausgebildet. Die streifenförmigen Lamellenkontaktfedern sind an den Stirnseiten miteinander verbunden, während zudem der zweite Kontaktbereich 15-2b an einer Stirnseite mit der Ausformung 15a verbunden ist.
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Die Lamellenkontaktfedern sind integraler Bestandteil der Kontaktvorrichtung 15-2. Die Lamellenkontaktfedern werden aus der Ursprungsform der zylindrischen Hülse ausgeformt. Dabei ist die Wandung der Hülse im zweiten Kontaktbereich 15-2b mehrfach in axialer Richtung beziehungsweise in Längsrichtung geschlitzt. Die derart ausgebildeten Streifen konstanter und vorzugsweise gleicher Breite in Umfangsrichtung sowie gleicher Länge in axialer Richtung werden zur Innenfläche der Hülse hin gebogen, sodass die Lamellenkontaktfedern entstehen. Die Lamellenkontaktfedern sind kreisförmig angeordnet.
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Die Ausdehnung des zweiten Kontaktbereichs 15-2b in axialer Richtung entspricht vorzugsweise im Wesentlichen maximal der Länge des durch die Leiterplatte 12 hervorragenden Bereichs des Verbindungselements 13.
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Die Kontaktvorrichtung 15-2 weist im gesamten ersten Kontaktbereich 15-2a sowie jeweils an den Stirnseiten des zweiten Kontaktbereichs 15-2b einen Innendurchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser des Verbindungselements 13 entspricht, um im montierten Zustand der Vorrichtung mit der Innenfläche an der Außenfläche des Verbindungselements 13 anzuliegen und damit einen elektrischen Kontakt zum Verbindungselement 13 herzustellen, oder größer als der Außendurchmesser des Verbindungselements 13 ist.
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Der zweite Kontaktbereich 15-2b weist mit den aus der radialen Richtung der Kontaktvorrichtung 15-2 ausgelenkten Lamellenkontaktfedern einen minimalen Innendurchmesser auf, welcher geringer ist als der Außendurchmesser der Verbindungselemente 13. Beim Einführen des Verbindungselements 13 in die Öffnung der Kontaktvorrichtung 15-2 werden die einzelnen Lamellenkontakte an die Außenfläche des Verbindungselements 13 angelegt und dabei elastisch verformt, um derart einen elektrischen Kontakt zwischen dem Verbindungselement 13 und der Kontaktvorrichtung 15-2 herzustellen.
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Während der Montage der Vorrichtung wird die Leiterplatte 12 mit den in der Leiterplatte 12 angeordneten und mit der Leiterplatte 12 fest verbundenen Kontaktvorrichtungen 15-2 auf die Verbindungselemente 13 derart aufgeschoben, dass die Verbindungselemente 13 innerhalb der Kontaktvorrichtung 15-2 angeordnet sind. Die Verbindungselemente 13 sind jeweils von einer Kontaktvorrichtung 15-2 vollumfänglich umschlossen.
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Die Kontaktvorrichtung 15-2 und das Verbindungselement 13 sind im montierten Zustand derart ausgerichtet und angeordnet, dass ein ausreichender Toleranzausgleich gewährleistet ist, um die Verbindungselemente 13 auch unter extremen Toleranzbedingungen aufzunehmen und eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 12 und dem Verbindungselement 13 zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verdichter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Vorrichtung (Elektromotor)
- 4
- Verdichtungsmechanismus
- 5
- Inverter
- 6
- Schaltvorrichtung
- 7
- Stator
- 8
- Rotor
- 9, 9'
- Verbindungsanordnung
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Schaltelement
- 12, 12'
- Leiterplatte
- 13, 13'
- Verbindungselement
- 14, 14'
- Halteelement
- 15'
- Kontakthülse
- 15-1, 15-2
- Kontaktvorrichtung
- 15-1a
- erstes Kontaktelement der Kontaktvorrichtung 15-1
- 15-1b
- zweites Kontaktelement der Kontaktvorrichtung 15-1
- 15-2a
- erster Kontaktbereich der Kontaktvorrichtung 15-2
- 15-2b
- zweiter Kontaktbereich der Kontaktvorrichtung 15-2
- 15a
- Ausformung
- 16
- Sammelschiene
- 17
- Formelement
- 18
- Öffnung
- 19
- Arretierung
