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Die Erfindung betrifft eine Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2018 102 993 A1 offenbart eine Elektronikeinheit, insbesondere zum Betrieb eines induktiven Ladesystems für Kraftfahrzeuge mit einem Gehäuse, innerhalb dessen eine Leistungselektronikeinheit mit wenigstens einem Leistungselektronikelement angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Elektronikeinheit eine Kühleinrichtung, welche zum Kühlen der Leistungselektronikeinheit geeignet und bestimmt ist, wobei sich die Kühleinrichtung wenigstens abschnittsweise zwischen Bestandteilen der Leistungselektronikeinheit erstreckt. Dabei können zwei Elektronikplatinen vorgesehen sein, welche derart angeordnet sind, dass sich die Kühleinrichtung wenigstens abschnittsweise zwischen diesen beiden Elektronikträgern, insbesondere Platinen erstreckt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche eine besonders gewichtsarme Ausgestaltung der Gehäuseeinrichtung sowie ein besonders einfaches und komfortables Anordnung der Leistungselektronik in einem Gehäuse der Gehäuseeinrichtung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen von Patentanspruch 9 gelöst.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Gehäuse, welches einen Aufnahmeraum zumindest bereichsweise begrenzt, insbesondere vollständig umfangsseitig begrenzt. In dem Aufnahmeraum ist die Leistungselektronik aufnehmbar. Darüber hinaus wird mittels des Gehäuses eine elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronik ermöglicht, indem mittels des ersten Gehäuses elektromagnetische Strahlung abschirmbar ist. Insbesondere wird von der Leistungselektronik ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung mittels des ersten Gehäuses reflektiert, wodurch ein Austreten der elektromagnetischen Strahlung aus der Gehäuseeinrichtung zumindest im Wesentlichen unterbunden werden kann. Hierfür umfasst das erste Gehäuse Aluminium. Insbesondere ist das erste Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Die Gehäuseeinrichtung umfasst des Weiteren eine Kühleinrichtung, mittels welcher die Leistungselektronik kühlbar ist. Die Kühleinrichtung kann wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal umfassen, über welchen Wärme von der Leistungselektronik mittels des Kühlfluids abtransportierbar ist. Bei dem Kühlfluid handelt es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit. Mittels der Kühleinrichtung wird der Aufnahmeraum in einen ersten Teilaufnahmeraum und einen zweiten Teilaufnahmeraum unterteilt. Zumindest einer der Teilaufnahmeräume ist umfangsseitig von der Kühleinrichtung und dem ersten Gehäuse vollständig umschlossen und damit begrenzt. Insbesondere sind beide Teilaufnahmeräume jeweils von dem ersten Gehäuse und der Kühleinrichtung vollständig umschlossen und damit begrenzt. Alternativ kann der zweite Teilaufnahmeraum von der Kühleinrichtung und einem Druckgussgehäuse vollständig umschlossen und damit begrenzt sein. Das Druckgussgehäuse ist insbesondere aus Aluminium druckgegossen. In jedem der Teilaufnahmeräume ist jeweils ein Teil der Leistungselektronik angeordnet. Die Kühleinrichtung weist wenigstens einen Durchgang auf, über welchen die Teile der Leistungselektronik, welche in den unterschiedlichen Teilaufnahmeräumen angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Die Kühleinrichtung kann somit beispielsweise mittig in dem Aufnahmeraum angeordnet sein, wodurch die Leistungselektronik besonders effizient kühlbar ist.
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Um die Gehäuseeinrichtung besonders gewichtsarm ausbilden zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Gehäuse von einem zweiten Gehäuse aus Kunststoff umschlossen ist. Mittels des zweiten Gehäuses aus dem Kunststoff kann das erste Gehäuse stabilisiert werden. Hierdurch kann das erste Gehäuse, welches insbesondere aus der Aluminiumlegierung gebildet ist, mit einer besonders dünnen Wandstärke und somit besonders gewichtsarm ausgebildet werden. Insbesondere umschließt das zweite Gehäuse das erste Gehäuse vollständig. Mittels des ersten Gehäuses kann somit die Leistungselektronik elektromagnetisch abgeschirmt werden, während mittels des zweiten Gehäuses das erste Gehäuse stabilisiert wird und darüber hinaus eine Isolierung für das erste Gehäuse bereitstellt.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das erste Gehäuse aus Blechen, insbesondere Stanzblechen zusammengesetzt ist. Das bedeutet, dass das erste Gehäuse mehrere Bleche, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung umfasst, welche beispielsweise durch Ausstanzen in Form gebracht sind. Durch das Ausstanzen sind die Bleche besonders einfach, schnell, kostengünstig und in ihrer Form präzise abgegrenzt bereitstellbar. Das Zusammenbauen des ersten Gehäuses aus den Blechen ermöglicht ein Bereitstellen des ersten Gehäuses mit besonders dünnen Wandstärken. Darüber hinaus wird ein besonders einfaches Anordnen der Leistungselektronik in dem Aufnahmeraum ermöglicht, indem das Gehäuse aus den Blechen um die Leistungselektronik herum zusammengesetzt werden kann. Die Leistungselektronik ist hierdurch besonders einfach und schnell relativ zu der Kühleinrichtung positionierbar. Die Gehäuseeinrichtung ist besonders einfach mit der Leistungselektronik bestückbar. Darüber hinaus ist aufgrund des Aufbaus des Gehäuses aus den Blechen das erste Gehäuse besonders gewichtsarm ausgebildet.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn mehrere Haltestifte durch zugeordnete Öffnungen der Kühleinrichtung hindurch gesteckt sind und die Bleche an den Haltestiften gehalten sind. Das bedeutet, dass über die Haltestifte ein Gerüst mit der Kühleinrichtung aufgebaut wird, an welchem die Bleche befestigbar sind. Die Haltestifte sind über die Kühleinrichtung relativ zueinander positioniert und fixiert. Aufgrund des Durchsteckens der Haltestifte durch die Öffnungen der Kühleinrichtung sind die Haltestifte besonders einfach relativ zueinander ausrichtbar und fixierbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Bleche über Clips-Verbindungen und/oder Schraubverbindungen an den Haltestiften gehalten sind. Die Bleche können beispielsweise jeweilige angeformte Klammern aufweisen, welche an die Haltestifte anklipsbar sind, um die Bleche an den Haltestiften zu halten. An jeweiligen Enden der Haltestifte können Innengewinde angeordnet sein, über welche jeweilige Bleche mit den Haltestiften über Schraubverbindungen verbindbar sind.
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Die Clips-Verbindungen ermöglichen ein besonders schnelles Befestigen der Bleche an den Haltestiften und die Schraubverbindungen ermöglichen eine besonders sichere Verbindung der jeweiligen über die Schraubverbindung verbundenen Bleche an den Haltestiften.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das zweite Gehäuse an der Kühleinrichtung befestigt ist. Hierbei kann das zweite Gehäuse über jeweilige Schraubverbindungen an der Kühleinrichtung gehalten sein. Somit ist das erste Gehäuse über die Haltestifte zumindest mittelbar an der Kühleinrichtung gehalten und das zweite Gehäuse ist direkt mit der Kühleinrichtung verschraubt. Hierdurch kann die Gehäuseeinrichtung besonders stabil ausgebildet sein, wodurch über jeweilige Befestigungen des ersten Gehäuses und des zweiten Gehäuses an der Kühleinrichtung eine Relativposition des ersten Gehäuses zu dem zweiten Gehäuse vorgebbar ist. Die Kühleinrichtung kann somit eine von dem Kühlfluid durchströmbare Grundplatte darstellen, an welcher das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse befestigbar sind, um die elektromagnetische Verträglichkeit zu ermöglichen, wobei das erste Gehäuse mittels des zweiten Gehäuses vor Beschädigungen schützbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das zweite Gehäuse aus mehreren verschweißten Kunststoffelementen aus einem Thermoplasten gebildet ist. Bei den Kunststoffelementen handelt es sich insbesondere um Kunststoffplatten. Wenigstens eines der Kunststoffelemente kann mit der Kühleinrichtung verschraubt sein. Wenigstens ein weiteres Kunststoffelement kann an dem mit der Kühleinrichtung verschraubten Kunststoffelement angeschweißt sein, um beispielsweise als Deckelelement zu dienen und ein vollständiges Umschließen des ersten Gehäuses zu ermöglichen. Die Ausbildung der Kunststoffelemente aus dem Thermoplasten ermöglicht ein besonders einfaches und sicheres Verschweißen der Kunststoffelemente, wodurch eine Dichtheit sowie eine besonders hohe Stabilität des zweiten Gehäuses gesichert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das zweite Gehäuse eine angeformte Steckerummantelung aufweist, in welche ein Anschlusselement der Leistungselektronik einsteckbar ist, um eine Schnittstelle der Leistungselektronik für ein Kraftfahrzeugbauteil bereitzustellen. Das bedeutet, dass wenigstens ein Kunststoffelement die Steckerummantelung aufweist, welche zylinderförmig ausgebildet sein kann. Die Steckerummantelung steht insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht aus einer Erstreckungsebene der die Steckerummantelung aufweisenden Kunststoffplatte ab. Die Steckerummantelung begrenzt einen Durchgang des zugehörigen Kunststoffelements umfangsseitig, wodurch eine elektrische Verbindung der Leistungselektronik mit dem Kraftfahrzeugbauteil über den Durchgang ermöglicht wird. Das Anschlusselement der Leistungselektronik ist in den Durchgang einsteckbar, wodurch die Schnittstelle bereitstellbar ist, über welche die Leistungselektronik mit dem Kraftfahrzeugbauteil verbindbar ist. Über das Anschlusselement ist eine elektrische Verbindung zwischen der Leistungselektronik und dem Kraftfahrzeugbauteil bereitstellbar. Das die Steckerummantelung aufweisende Kunststoffelement ist insbesondere einstückig ausgebildet. Die Steckerummantelung ermöglicht somit eine sichere, vor Beschädigungen geschützte Verbindung der Leistungselektronik mit dem außerhalb der Gehäuseeinrichtung angeordneten Kraftfahrzeugbauteil.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das erste Gehäuse mit einem in die Steckerummantelung des zweiten Gehäuses eingeschobenen Schirmanschlusselement kontaktiert ist. Mittels des Schirmanschlusselements ist der Durchgang elektromagnetisch abschirmbar, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronik sichergestellt werden kann. Durch die Kontaktierung, insbesondere eine elektrische Kontaktierung, des Schirmanschlusselements mit dem ersten Gehäuse kann eine durchgehende elektromagnetische Isolierung umfangsseitig des Aufnahmeraums sichergestellt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren werden mehrere Haltestifte durch zugeordnete Öffnungen einer Kühleinrichtung hindurch gesteckt. Des Weiteren ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass zum Bereitstellen eines ersten Gehäuses mehrere Bleche an den Haltestiften befestigt werden, wodurch mittels des ersten Gehäuses ein von der Kühleinrichtung in zwei Teilaufnahmeräume unterteilter Aufnahmeraum bereitgestellt wird. In den jeweiligen Teilaufnahmeräumen ist die Leistungselektronik aufnehmbar, welche über einen Durchgang in der Kühleinrichtung verbunden ist. Die Bleche, aus welchen das erste Gehäuse zusammengesetzt ist, sind dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, beispielsweise durch Reflexion, wodurch mittels des ersten Gehäuses eine elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Bei dem Verfahren ist des Weiteren vorgesehen, dass zum Bereitstellen eines das erste Gehäuse umschließenden zweiten Gehäuse an der Kühleinrichtung mehrere Kunststoffelemente befestigt werden, welche mit weiteren Kunststoffelementen verschweißt werden, um das erste Gehäuse vollständig zu umschließen. Insbesondere werden an die an der Kühleinrichtung befestigten Kunststoffelemente ein Deckelelement und ein Bodenelement angeschweißt, welche jeweils ebenfalls aus einem Kunststoff gebildet sind. Bei den Kunststoffelementen handelt es sich insbesondere um Kunststoffplatten, welche die Bleche des ersten Gehäuses nach außen überdecken, um dieses vor Beschädigungen zu schützen. Um eine Schnittstelle der Leistungselektronik bereitstellen zu können, über welche die Leistungselektronik mit einem Kraftfahrzeugbauteil elektrisch verbindbar ist, kann wenigstens eines der Kunststoffelemente eine angeformte Steckerummantelung aufweisen, in welche ein Anschlusselement mit Führungseinsatz der in dem Aufnahmeraum angeordneten Leistungselektronik von innen Richtung außen einsteckbar ist, wobei über das Anschlusselement die Leistungselektronik mit dem Kraftfahrzeugbauteil elektrisch verbindbar ist. Um eine besonders vorteilhafte elektromagnetische Abschirmung des Anschlusselements zu ermöglichen, kann in die Steckerummantelung ein Schirmanschlusselement eingesteckt werden, welches mit wenigstens einem Blech des ersten Gehäuses elektrisch kontaktiert ist. Das Schirmanschlusselement ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung abzuschirmen. Mittels des Verfahrens ist die Gehäuseeinrichtung, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gehäuseeinrichtung beschrieben worden ist, besonders einfach bereitstellbar. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gehäuseeinrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Bleche aus einer Aluminiumlegierung in einem Stanzverfahren hergestellt werden und/oder die Kunststoffelemente spritzgegossen werden. Bei den Blechen kann es sich somit um Stanzbleche handeln, welche durch Ausstanzen aus einem Blechband bereitstellbar sind. Das Herstellen der Bleche in dem Stanzverfahren ermöglicht ein besonders einfaches, schnelles und formgenaues Bereitstellen der Bleche. Die Aluminiumlegierung der Bleche ermöglicht ein besonders sicheres Abschirmen der von der Leistungselektronik ausgesandten elektromagnetischen Strahlung durch Reflexion in den Aufnahmeraum. Die Kunststoffelemente, insbesondere die Kunststoffplatten können durch das Spritzgießen, insbesondere aus einem Thermoplasten, besonders einfach, kostengünstig, schnell und präzise hergestellt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Verfahrensschema eines ersten Verfahrensschritts zum Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung für eine Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Haltestifte durch zugeordnete Öffnungen einer als Grundplatte ausgebildeten Kühleinrichtung hindurchgestreckt werden;
- 2 ein Verfahrensschema eines zweiten Verfahrensschritts, bei welchem die Leistungselektronik an der Kühleinrichtung angeordnet und relativ zu dieser ausgerichtet wird, wobei ein Teil der Leistungselektronik oberhalb der Kühleinrichtung und ein weiterer Teil der Leistungselektronik unterhalb der Kühleinrichtung angeordnet ist;
- 3 ein Verfahrensschema eines dritten Verfahrensschritts, bei welchem Stanzbleche aus einer Aluminiumlegierung an die Haltestifte angeklipst oder angeschraubt werden, um einen Aufnahmeraum zu begrenzen, in welchem die Leistungselektronik angeordnet ist, wobei mittels der Stanzbleche ein die Leistungselektronik umschließendes erste Gehäuse bereitgestellt wird, mittels welchem die Leistungselektronik elektromagnetisch abschirmbar ist;
- 4a bis 4d jeweilige schematische Ansichten eines Stanzblechs aus unterschiedlichen Richtungen, wobei in 4a eine Vorderseite des Stanzblechs, in 4b eine Rückseite des Stanzblechs, in 4c eine Draufsicht des Stanzblechs und in 4d eine Seitenansicht des Stanzblechs dargestellt ist;
- 5 eine schematische Ansicht der Gehäuseeinrichtung mit dem an der Kühleinrichtung gehaltenen ersten Gehäuse sowie mit einem zweiten Gehäuse, welches mit der Kühleinrichtung verschraubte erste Kunststoffplatten sowie mit den ersten Kunststoffplatten verschweißte zweite Kunststoffplatten umfasst, wobei das zweite Gehäuse das erste Gehäuse umfangsseitig vollständig umschließt, um das erste Gehäuse vor Beschädigungen zu schützen und um eine wasser- und/oder staubdichte Schutzhülle für das erste Gehäuse bereitzustellen;
- 6 ein Verfahrensschema zum Bereitstellen einer Schnittstelle der Leistungselektronik, über welche die Leistungselektronik elektrisch mit einem Kraftfahrzeugbauteil verbindbar ist, wobei ein Anschlusselement der Leistungselektronik in einen Durchgang des zweiten Gehäuses erstreckbar ist, welche umfangsseitig von einer Steckerummantelung des zweiten Gehäuses begrenzt ist; und
- 7 eine schematische Schnittansicht der Schnittstelle mit dem in die Steckerummantelung des zweiten Gehäuses eingesteckten Anschlusselement der Leistungselektronik, welches zumindest im Bereich der Steckerummantelung von einem Schirmelement umfangsseitig umschlossen ist, welches mit dem ersten Gehäuse elektrisch kontaktiert ist, wodurch zumindest ein Längenbereich des Anschlusselements elektromagnetisch abschirmbar ist.
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Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 5 ist eine Gehäuseeinrichtung 1 für eine Leistungselektronik 2 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die Leistungselektronik 2 ist vorliegend einem elektrischen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Hierbei kann die Leistungselektronik 2 einen Spannungswandler umfassen, mittels welchem von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellte Gleichspannung in Wechselspannung für eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs umwandelbar ist. Mittels der Gehäuseeinrichtung 1 ist die Leistungselektronik 2 gegenüber Staub und Feuchtigkeit abzudichten. Darüber hinaus ermöglicht die Gehäuseeinrichtung 1 eine mechanische Stabilität der Leistungselektronik 2 sowie eine Befestigungsmöglichkeit für die Leistungselektronik 2. Des Weiteren ermöglicht die Gehäuseeinrichtung 1 eine elektromagnetische Abschirmung von elektromagnetischen Emissionen der Leistungselektronik 2, um eine elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronik 2 zu erlangen. Überdies ermöglicht die Gehäuseeinrichtung 1 einen Schutz vor einem elektrischen Schlag bei Spannungen von über 60 Volt, da das erste, innere Gehäuse 3 elektrisch leitend mit Masse verbunden werden kann und das äußere zweite Gehäuse 4 eine isolierenden Schutz gegen Berührung darstellt. Des Weiteren stellt die Gehäuseeinrichtung 1 Aufnahmemöglichkeiten für Komponenten in ihrem Inneren, vorliegend für die Leistungselektronik 2 bereit. Überdies ermöglicht die Gehäuseeinrichtung 1 eine Kühlung der Leistungselektronik 2 sowie ein Bereitstellen von Anschlüssen, insbesondere für elektrische Energie und/oder Kühlflüssigkeit.
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Wie in 5 erkannt werden kann, umfasst die Gehäuseeinrichtung 1 ein erstes, inneres Gehäuse 3 sowie ein das erste Gehäuse 3 umschließendes äußeres zweites Gehäuse 4. Mittels des ersten Gehäuses 3 ist die Leistungselektronik 2 elektromagnetisch abschirmbar. Mittels des zweiten Gehäuses 4 ist das erste Gehäuse 3 vor Beschädigungen schützbar. Aufgrund des Vorsehens des ersten Gehäuses 3 und des zweiten Gehäuses 4 kann die Gehäuseeinrichtung 1 besonders gewichtsarm ausgeführt werden, da jedes der Gehäuse 3, 4 für die jeweilige vorgesehene Aufgabe, vorliegend die elektromagnetische Abschirmung beziehungsweise die Stabilität, optimal ausgelegt werden kann. In den Fig.en 1 bis 3 und 6 sind jeweils Verfahrensschemata unterschiedlicher Verfahrensschritte zum Bereitstellen der Gehäuseeinrichtung 1 gezeigt.
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Um die Gehäuseeinrichtung 1 bereitzustellen ist es vorgesehen, dass mehrere Haltestifte 5 in zugeordnete Öffnungen einer Kühleinrichtung 6 eingesteckt und durch diese hindurchgesteckt werden. Die Kühleinrichtung 6 ist vorliegend aus einem Aluminiumdruckguss gebildet. Das Einstecken der Haltestifte 5 in die Kühleinrichtung 6 ist in 1 dargestellt. Mittels der Kühleinrichtung 6 sind die Haltestifte 5 relativ zueinander positionierbar und insbesondere fixierbar. Die Kühleinrichtung 6 stellt dabei eine Grundplatte für die Gehäuseeinrichtung 1 bereit. Die Kühleinrichtung 6 dient somit als zentrale Einheit, auf welche die Leistungselektronik 2 aufbaubar ist. Auf dieser Grundplatte werden über Zentriervorhilfen, vorliegend die Haltestifte 5, und Adapterteile elektronische Bauteile, vorliegend die Leistungselektronik 2, fixiert.
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Die Kühleinrichtung 6 kann Montagepunkte zum Fixieren der Gehäuseeinrichtung 1 im Kraftfahrzeug aufweisen. Wesentliche Kräfte, wie sie bei Erschütterungen, insbesondere bei einem Rütteltest, durch einzelne Bauteile der Gehäuseeinrichtung 1 erzeugt werden, werden über die Kühleinrichtung 6 über diese Grundplatte abgeleitet. Die Kühlplatte führt eine Masseverbindung an das innere, erste Gehäuse 3 heran. Hierfür ist die Grundplatte, also die Kühleinrichtung 6, mit einer Fahrzeugmasse zu verbinden.
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Des Weiteren übernimmt die Grundplatte wesentliche Kühlanforderungen. Die Kühleinrichtung 6 weist wenigstens einen Kühlkanal 7 auf, welcher sich durch die Kühleinrichtung 6 hindurch erstreckt. In dem wenigstens einen Kühlkanal 7 ist ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, führbar, mittels welcher Wärme von der Leistungselektronik 2 aufnehmbar und von dieser wegtransportierbar ist. Die Kühleinrichtung 6 weist mehrere Kühlanschlüsse 8, vorliegend genau zwei Kühlanschlüsse 8 auf, über welche das Kühlfluid in den wenigstens einen Kühlkanal 7 einleitbar oder aus diesem ausströmbar ist.
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In 2 ist dargestellt, wie die Leistungselektronik 2 an der Kühleinrichtung 6 angeordnet wird. Die Leistungselektronik 2 umfasst vorliegend eine orthogonale dreidimensionale Leiterkartenstruktur, bei welcher mehrere Leiterkarten 9 über ein Verbindungsstrukturelement 10, insbesondere eine senkrecht stehende Platine 10 oder eine Stromschiene, welche auch als Bus-Bar bezeichnet wird, elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Leistungselektronik 2 wird wie in 2 gezeigt ist an die Kühleinrichtung 6 heranbewegt. Hierbei werden sowohl Leiterkarten 9 oberhalb der Kühleinrichtung 6 als auch Leiterkarten 9 unterhalb der Kühleinrichtung 6 angeordnet. Die Kühleinrichtung 6 weist einen Durchgang 11 auf, in welchem das Verbindungsstrukturelement 10 angeordnet ist, wodurch bei der Anordnung an der Kühleinrichtung 6 die oberhalb der Kühleinrichtung 6 und unterhalb der Kühleinrichtung 6 angeordneten Leiterkarten 9 über das in dem Durchgang 11 angeordnete Verbindungsstrukturelement10 elektrisch miteinander kontaktiert sind. Seitlich an der Kühleinrichtung 6 können Anschraubflansche 12 angeordnet werden, über welche die Kühleinrichtung 6 an einem Kraftfahrzeugrohbauteil beziehungsweise an einem Karosseriebauteil befestigbar ist.
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Um einen Aufnahmeraum 13, in welchem die Leistungselektronik 2 an der Kühleinrichtung 6 anzuordnen ist, elektromagnetisch abzuschirmen, ist es vorgesehen, dass aus Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildete Bleche 14 an den Haltestiften 5 befestigt werden. Die Bleche 14 können als Stanzbleche ausgebildet sein und somit aus einem Blechband ausgestanzt sein. In 3 ist dargestellt, wie die Bleche 14 über mehrere Clips-Verbindungen 15 oder über Schraubverbindungen 16 mit den Haltestiften 5 verbunden werden. Zum Herstellen der Schraubverbindungen 16 kann an den jeweiligen Enden der Haltestifte 5 jeweils ein Innengewinde vorgesehen sein, in welches eine jeweilige Schraube einschraubbar ist, mittels welcher wenigstens ein Blech 14 an dem jeweiligen Ende des Haltestifts 5 zu halten ist. Wie in 3 erkannt werden kann, kann mittels der Bleche 14 der Aufnahmeraum 13 umfangsseitig umschlossen werden, um den Aufnahmeraum 13 elektromagnetisch abzuschirmen. Bei einer Anordnung der Leistungselektronik 2 in dem Aufnahmeraum 13, welcher durch die Kühleinrichtung 6 in zwei Teilaufnahmeräume unterteilt ist, wird eine elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronik 2 gewährleistet. Vorliegend sind die Bleche 14 dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung der Leistungselektronik 2 in den Aufnahmeraum 13 zu reflektieren. Ein Blech 14 ist in den Fig.en 4a bis 4d aus unterschiedlichen Perspektiven dargestellt. In 4a ist eine Vorderansicht des Blechs 14 dargestellt, wobei eine in 4a gezeigte Vorderseite bei dem Befestigen des Blechs 14 an den Haltestiften 5 dem Haltestift 5 zugewandt angeordnet ist, an dem das Blech 14 gehalten ist. In 4b ist eine Rückansicht des Blechs 14 und somit dessen Rückseite gezeigt, welche bei einer Anordnung des Blechs 14 an dem jeweiligen Haltestift 5 vom Haltestift 5 abgewandt und somit nach außen gerichtet ist. In 4c ist eine Ansicht von oben auf das Blech 14 gezeigt und 4d zeigt eine Seitenansicht des Blechs 14. In den Fig.en 4a, 4c und 4d ist besonders gut erkennbar, dass das Blech 14 mehrere Klammern 17 aufweist, mittels welchen der jeweilige zugeordnete Haltestift 5 umgreifbar ist um eine Clips-Verbindung 15 zwischen dem Blech 14 und dem Haltestift 5 herzustellen. Über die Clips-Verbindungen 15 kann ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen den Haltestiften 5 und den über die Clips-Verbindungen 15 mit den Haltestiften 5 verbundenen Blechen 14 hergestellt werden. Die Klammern 17 können durch bereichsweises Stanzen und Umformen des Blechs 14 angeformt werden. Hieraus resultierende kleine Öffnungen 18 des Blechs 14 sind in ihrem Querschnitt auf abzuschirmende Frequenzen der elektromagnetischen Strahlung angepasst. Somit lassen die Öffnungen 18 zumindest im Wesentlichen keine Wellen im abzuschirmenden Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung durch. Die Klammern 17 ermöglichen ein besonders einfaches Befestigen des jeweiligen Blechs 14 an den Haltestiften 5. Sämtliche an den Haltestiften 5 gehaltene Bleche 14, unabhängig davon, ob diese über Schraubverbindungen 16 und/oder über Clips-Verbindungen 15 an den Haltestiften 5 gehalten sind, bilden gemeinsam das erste Gehäuse 3. Das innere erste Gehäuse 3 ist somit aus einzelnen Blechen 14, insbesondere Stanzblechen zusammengesetzt und dient der elektromagnetischen Abschirmung. Hierbei weisen die Bleche 14 keine oder lediglich kleine, elektrisch wirksame Öffnungen auf. Zusätzlich zu der elektromagnetischen Abschirmung dient das erste Gehäuse 3 einem besonders vorteilhaften Brandschutz sowie einem Schutz vor einem elektrischen Schlag beim Auftreten von Kurzschlüssen der Leistungselektronik 2.
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Um das erste Gehäuse 3 vor Beschädigungen zu schützen, ist wie in 5 erkannt werden kann, das zweite Gehäuse 4 vorgesehen, welches das erste Gehäuse 3 vollumfänglich umschließt. Das zweite Gehäuse 4 weist jeweilige Durchgangsöffnungen für die Kühlanschlüsse 8 auf, um ein Einströmen und ein Ausströmen des Kühlfluids in die Kühleinrichtung 6 beziehungsweise aus der Kühleinrichtung 6 zu ermöglichen. Das zweite Gehäuse 4 umfasst mehrere Kunststoffelemente 21, welche vorliegend jeweils spritzgegossen sind. Bei den Kunststoffelementen 21 handelt es sich vorliegend um Kunststoffplatten. Wenigstens eines der Kunststoffelemente 21 ist unmittelbar an der Kühleinrichtung 6 befestigt. Vorliegend sind mehrere Kunststoffelemente 21 über jeweilige Schraubverbindungen 22 an der Kühleinrichtung 6 gehalten. Weitere Kunststoffelemente 21 sind mit den an der Kühleinrichtung 6 gehaltenen Kunststoffelementen 21 verschweißt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kunststoffelemente 21 aus einem Thermoplasten gebildet sind, da dieser besonders einfach und sicher verschweißbar ist. Vorliegend sind das erste Gehäuse 3 und das zweite Gehäuse 4 beabstandet voneinander angeordnet. Das zweite Gehäuse 4 begrenzt die Gehäuseeinrichtung 1 nach außen hin. Die Bleche 14 ermöglichen eine besonders gewichtsarme und dabei gleichzeitig sichere elektromagnetische Abschirmung der in dem Aufnahmeraum 13 angeordneten Leistungselektronik 2, wobei das aus dem Kunststoff gebildete zweite Gehäuse 4 bei einem besonders geringen Gewicht eine besonders hohe Stabilität der Gehäuseeinrichtung 1 gewährleistet und dabei das erste Gehäuse 3 vor Beschädigungen schützt.
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Um eine Schnittstelle 19 bereitstellen zu können, über welche die Leistungselektronik 2 mit einem Kraftfahrzeugbauteil elektrisch verwendbar ist, ist eine einen Durchgang 20 des zweiten Gehäuses 4 umfangsseitig umschließende Steckerummantelung 23 vorgesehen. Die Steckerummantelung 23 ist einstückig mit dem Kunststoffelement 21 ausgebildet und dabei an das Kunststoffelement 21 angeformt.
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Die Schnittstelle 19 ist in 7 gezeigt. 6 zeigt ein Verfahrensschema zum Bereitstellen der Schnittstelle 19. Um eine elektromagnetische Abschirmung der Schnittstelle 19 sicherstellen zu können, ist ein Schirmanschlusselement 24 vorgesehen, welches in den Durchgang 20 eingesteckt wird. Das Schirmanschlusselement 24 ist in Kontakt mit einem Blech 14 des ersten Gehäuses 3 bringbar. Darüber hinaus liegt das Schirmanschlusselement 24 im Durchgang 20 umfangsseitig an einer Innenwand der Steckerummantelung 23 an. In eine Durchgangsöffnung des Schirmanschlusselements 24 wird ein Anschlusselement 25 der Leistungselektronik 2 eingesteckt. Das Anschlusselement 25 weist mehrere Steckerpins 26 auf, über welche eine elektrische Verbindung zwischen der Leistungselektronik 2 und dem Kraftfahrzeugbauteil herstellbar ist. Die Steckerpins 26 können einenends an einer Platine 27, insbesondere an einer der Leiterkarten 9 der Leistungselektronik 2, befestigt sein. Für ein besonders einfaches Einführen des Anschlusselements 25 in die Durchgangsöffnung des Schirmanschlusselements 24 weist das Anschlusselement 25 einen Führungseinsatz 28 auf, welcher bei einem eingesteckten Zustand des Anschlusselements 25 in den Durchgang 20 über seinen Umfang mit seiner Außenseite an dem Schirmanschlusselement 24 anliegt. Das Schirmanschlusselement 24 kann mit einem Schirm eines in den Durchgang 20 eingesteckten Steckers beziehungsweise Kabels verbunden werden, um eine besonders lückenlose elektromagnetische Abschirmung der Leistungselektronik 2 zu gewährleisten.
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Das zweite, äußere Gehäuse 4 dient einem staub- und wasserdichten Verschließen der Gehäuseeinrichtung 1. Darüber hinaus ermöglicht das äußere zweite Gehäuse 4 ein Bereitstellen von elektrischen Anschlüssen, vorliegend der Schnittstelle 19 sowie einer mechanischen Stabilität der Gehäuseeinrichtung 1. Insbesondere kann das zweite, äußere Gehäuse 4 Anschraubpunkte für eine Montage der Gehäuseeinrichtung 1 im Kraftfahrzeug aufweisen. Bei einem Verwenden von Kunststoffelementen 21 aus einem Thermoplasten kann über Schweißverbindungen eine dauerhaft dichte Verbindung jeweiliger Kunststoffelemente 21 erreicht werden, wodurch das zweite Gehäuse 4 besonders dicht ausgebildet ist. Die über die Schraubverbindungen 22 mit der Kühleinrichtung 6 verbundenen Kunststoffelemente 21 können über eine umlaufende Dichtung 29 zur Kühleinrichtung 6 hin abgedichtet werden.
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Aufgrund einer umgekehrten Montagereihenfolge, bei welcher die Leistungselektronik 2 erst auf der Grundplatte montiert und anschließend die Gehäuse 3, 4 angebaut werden, kann die Leistungselektronik 2 von allen Seiten montiert werden. Die jeweiligen Platinen beziehungsweise Leiterkarten 9 der Leistungselektronik 2 können im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und direkt miteinander verbunden werden. Hierdurch können Verbindungsleitungen und Stecker entfallen. Das Verbindungsstrukturelement 10 kann als sogenannte Back-Plane zur Kontaktierung dienen. Hierbei kann das Verbindungsstrukturelement 10 eine Verbindung der Leistungselektronik 2 über mehrere Einbauräume, vorliegend die mehreren Teilaufnahmeräume in der Gehäuseeinrichtung 1 bereitstellen. Die besonders große Gestaltungsfreiheit des Anordnens der Leistungselektronik 2 ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Ausgestaltung der Gehäuseeinrichtung 1. Darüber hinaus ermöglicht die große Gestaltungsfreiheit, dass der Durchgang 11 an der Grundplatte, vorliegend der Kühleinrichtung 6 zur Durchführung des Verbindungsstrukturelements 10 besonders klein dimensioniert werden kann, da ein Hindurchfädeln von Steckverbindungen unterbleiben kann. Hieraus folgt eine besonders vorteilhafte Abschirmung für eine elektromagnetische Verträglichkeit.
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Die Bleche 14 sind elektrisch gut mit der Masse der Grundplatte zu verbinden. Übergänge zwischen den Blechen 14 sind auf deren gesamten Länge elektrisch miteinander verbunden, wobei wenigstens alle 4 bis 5 cm eine elektrische Verbindung zwischen den Blechen 14 an einander zugewandten jeweiligen Kanten des ersten Gehäuse 3 besteht, wobei ein Übergangswiderstand insbesondere kleiner als 10 mΩ ist. Die Bleche 14 können eben ausgebildet sein oder eine Strukturierung aufweisen, wobei die Strukturierung insbesondere in das jeweilige Blech 14 gestanzt sein kann. Alternativ zum Stanzen der Strukturierung kann die Strukturierung durch ein Tiefziehen in das jeweilige Blech 14 eingebracht werden, wodurch eine Anzahl an Stanzteilen besonders gering gehalten werden kann. Bei der Strukturierung handelt es sich insbesondere um eine dreidimensionale Strukturierung. Die Strukturierung des jeweiligen Blechs 14 ermöglicht eine besonders hohe Stabilität der Gehäuseeinrichtung 1.
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Der beschriebenen Gehäuseeinrichtung 1 für die Leistungselektronik 2 des Kraftfahrzeugs liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund einer niedrigeren spezifischen Dichte von Kunststoff, ca. 0,9 bis 1,2 kg/dm3, gegenüber Aluminiumlegierungen, welche eine spezifische Dichte von ca. 2,7 kg/dm3 aufweisen, mit der Gehäuseeinrichtung 1 im Vergleich zum Stand der Technik eine deutliche Gewichtsersparnis erzielt werden. Ein beim Stand der Technik typischerweise verwendetes Druckgussgehäuse ist aufgrund konstruktiver Gegebenheiten wie einem Vorhalt für stirnseitige Dichtflächen zu einem Deckel oder einem Vorhalt für Schraubbohrungen oder einer Vermeidung von Hinterschneidungen, mit einer Wandstärke von typischerweise mindestens 4 bis 5 mm auszulegen. Das erste, innere Gehäuse 3 kann im Vergleich dazu mit seiner Wandstärke sehr dünn ausgeführt werden, vorliegend ca. 0,5 mm, um bei einer Verwendung von gestanzten Blechen 14 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine geforderte Funktion, insbesondere die elektromagnetische Abschirmung auszuführen. Eine Wanddicke des äußeren, zweiten Gehäuses 4 kann besonders dünn gewählt werden, da aufgrund der Mehrteiligkeit des äußeren Gehäuses 4 aus den mehreren Kunststoffelementen 21 besonders einfach komplexe Geometrien des äußeren Gehäuses 4 realisiert werden können. Darüber hinaus benötigen Kunststoffschweißverbindungen zum Verbinden der Kunststoffelemente 21 besonders wenig Materialvorhalt. Die Gehäuseeinrichtung 1 ist darüber hinaus besonders kostengünstig, da besonders wenig Aluminium, beziehungsweise besonders wenig Aluminiumlegierung für die elektromagnetische Abschirmung der Leistungselektronik 2 benötigt wird. Darüber hinaus ist die Gehäuseeinrichtung 1 besonders einfach und preiswert fertigbar. Die Gehäuseeinrichtung 1 ist in ihrer Gestaltung darüber hinaus besonders flexibel, wodurch die Gehäuseeinrichtung 1 besonders gewichtsarm und kostengünstig bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann das innere erste Gehäuse 3 lediglich in Bereichen ausgeführt werden, in welchen die Leistungselektronik 2 elektromagnetisch abzuschirmen ist. Jeweilige lokale Wandstärken des zweiten äußeren Gehäuses 4 können an lokale Stabilitätsanforderungen angepasst werden. Die Gehäuseeinrichtung 1 bietet darüber hinaus einen besonders hohen Schutz gegenüber einem elektrischen Schlag, da die Gehäuseeinrichtung 1 um das Innere, leitende und geerdete erste Gehäuse 3 noch das nicht leitende äußere zweite Gehäuse 4 aufweist. In das zweite äußere Gehäuse 4 können weitere Elemente besonders einfach und ohne zusätzliche Montageschritte, insbesondere durch Umspritzen beziehungsweise Anspritzen integriert werden, wie beispielsweise eine Druckausgleichsmembran.
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Die Zugänglichkeit der Leistungselektronik 2 von allen Seiten, während deren Anordnung an der Kühleinrichtung 6 ermöglicht besonders flexible Anordnungsmöglichkeiten der einzelnen Elemente der Leistungselektronik 2, sowie gegebenenfalls weiterer Elemente der Gehäuseeinrichtung 1. Überdies können Verbindungsleitungen vermieden werden und Öffnungen zwischen unterschiedlichen Teilaufnahmeräumen, welche jeweils elektromagnetisch abgeschirmt sind im Inneren der Gehäuseeinrichtung 1 besonders klein gehalten werden. Überdies kann die Leistungselektronik 2 mit besonders wenigen Platinen bereitgestellt werden. Die gute Zugänglichkeit der Leistungselektronik 2 bei deren Montage an der Kühleinrichtung 6 ermöglicht des Weiteren einen besonders vorteilhaften Aufbau der Gehäuseeinrichtung 1 für eine optimierte elektromagnetische Abschirmung der Leistungselektronik 2. Des Weiteren ermöglicht die Gehäuseeinrichtung 1 einen besonders hohen Automatisierungsgrad bei einer Fertigung beziehungsweise Montage der Gehäuseeinrichtung 1. Da die Grundplatte kein Teil der Gehäuse 3, 4 ist, besteht eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit der Kühleinrichtung 6.
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Die Gehäuseeinrichtung 1 kann in einer alternativen Ausführungsform derart gestaltet sein, dass lediglich einer der Teilaufnahmeräume von dem ersten Gehäuse 3 und dem zweiten Gehäuse 4 umschlossen ist, wobei an die Kühleinrichtung 6 ein zweiter, von einem Druckgussgehäuse umschlossener Teilaufnahmeraum anschließt. Das Druckgussgehäuse kann insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff druckgegossen sein. Der Aufnahmeraum 13 wird somit bereichsweise von den Gehäusen 3, 4 und bereichsweise von dem Druckgussgehäuse begrenzt.
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Insgesamt zeigt die Erfindung wie ein Kunststoffgehäuse für Leistungselektronik 2 bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseeinrichtung
- 2
- Leistungselektronik
- 3
- erstes Gehäuse
- 4
- zweites Gehäuse
- 5
- Haltestift
- 6
- Kühleinrichtung
- 7
- Kühlkanal
- 8
- Kühlanschluss
- 9
- Leiterkarte
- 10
- Verbindungsstrukturelement
- 11
- Durchgang
- 12
- Anschraubelement
- 13
- Aufnahmeraum
- 14
- Blech
- 15
- Clips-Verbindungen
- 16
- Schraubverbindung
- 17
- Klammerelement
- 18
- Öffnung
- 19
- Schnittstelle
- 20
- Durchgang
- 21
- Kunststoffelement
- 22
- Schraubverbindung
- 23
- Steckerummantelung
- 24
- Schirmanschlusselement
- 25
- Anschlusselement
- 26
- Anschlusspin
- 27
- Platine
- 28
- Führungseinsatz
- 29
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018102993 A1 [0002]
