-
Die Erfindung betrifft einen Spannungsverteiler insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter und wenigstens einem weiteren oder mehreren weiteren elektrischen Litzenleitern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verbindungsverfahren insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter und wenigstens einem oder mehreren zweiten elektrischen Litzenleitern mittels des Spannungsverteilers.
-
In vielen Bereichen der Technik spielt eine Verteilung von elektrischer Energie von einem Energiespeicher oder auch einem Energieerzeuger zu den entsprechenden Verbrauchskomponenten eine bedeutende Rolle. Vor allem bei im Wesentlichen autonom arbeitenden Systemen kann eine Energieverteilung ein nicht unwichtiger Aspekt für die Betriebssicherheit des betreffenden Systems sein.
-
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen dient ein elektrisches System bzw. ein Hochvolt-System zur Verteilung elektrischer Energie. Insbesondere kann mittels des elektrischen Systems elektrische Energie aus einem Hochvoltspeicher an einen Elektromotor, der zum Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeuges dient, und an weitere Hochvolt-Komponenten übertragen werden. Darüber hinaus umfasst das Elektro- oder Hybridfahrzeug in der Regel ein weiteres elektrisches System, welches auch als so genanntes Niedervolt-System bezeichnet werden kann. An das Niedervolt-System sind beispielsweise Steuergeräte angeschlossen, um mit elektrischer Energie versorgt zu werden.
-
In dem Hochvolt-System erfolgt eine Verteilung elektrischer Energie über einen so genannten Traktionsnetzverteiler. Dieser ist als separates Bauteil ausgebildet und direkt elektrisch mit dem Hochvoltspeicher verbunden. An den Traktionsnetzverteiler sind alle verbleibenden Hochvolt-Komponenten des Hochvolt-Systems und ein Stromrichter angeschlossen. Der Stromrichter dient hierbei in einem motorischen Betriebsmodus einer Wechselrichtung einer Gleichspannung, die von dem Hochvoltspeicher geliefert wird. In einem generatorischen Betriebsmodus dient der Stromrichter einer Gleichrichtung einer Wechselspannung, die von der Elektromaschine erzeugt wird.
-
Das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs wird üblicherweise in mehrere Subnetze unterteilt, die gegebenenfalls weitere Unternetze umfassen. Bei Hybridfahrzeugen und Fahrzeugen mit einem reinen Elektroantrieb kann so beispielsweise schon aufgrund der deutlich unterschiedlichen Leistungsaufnahmen der beteiligten Verbraucher eine Aufteilung in Subnetzwerke mit unterschiedlichen Betriebsspannungen nötig sein. Die als Antriebsmotoren fungierenden Elektromotoren können mit einer höheren Spannung betrieben werden, als beispielsweise Komfortelektronikkomponenten. Aber auch bei diesen kann je nach Art der Komponente eine Versorgung mit unterschiedlichen Betriebsspannungen benötigt werden.
-
Aufgrund der komplexen Infrastruktur, die ein solches elektrisches Boardnetz annehmen kann, resultiert, dass eine sehr große Anzahl an Spannungsverteilern in dem Boardnetz benötigt wird. Infolge möglicher Sicherheitsrisiken für die Passagiere des Fahrzeugs besteht ein Interesse, die Funktion der Spannungsverteiler des elektrischen Boardnetzes zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist die Ausführung der Masseverteiler und Traktionsnetzverteiler sehr komplex und erfordert deshalb entsprechend viel Bauraum im Fahrzeug.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spannungsverteiler insbesondere für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, der die Ausführung des Spannungsteilers vereinfacht, den benötigten Bauraum reduziert und gleichzeitig die Funktionssicherheit gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird ein Spannungsverteiler insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter und wenigstens einem oder mehreren zweiten elektrischen Litzenleitern vorgeschlagen. Ein Ende des ersten elektrischen Litzenleiters ist mit einem Ende des wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiters unmittelbar stoffschlüssig verbunden. Außerdem bilden der erste elektrische Litzenleiter und wenigstens ein damit verbundener zweiter elektrischer Litzenleiter einen Kontaktbereich aus, der mit einer Umspritzung umspritzt ist. Ferner ist die Umspritzung bis zu einem jeweiligen Kabelmantel des jeweiligen Litzenleiters vorgesehen ist.
-
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Spannungsverteiler ist, dass eine sichere Verbindung hergestellt wird und auf zusätzliche Kontaktelemente zur Sicherstellung, die Spannungsverteiler aus dem Stand der Technik benötigen, komplett verzichtet werden kann. Ferner wird durch den Entfall des Kontaktelements die Anzahl der Kontaktstellen des Spannungsverteilers reduziert, wodurch sich eine robustere Ausführung ergibt. Nachdem sich die Umspritzung bis zu dem Kabelmantel des jeweiligen Litzenleiters oder darüber hinaus erstreckt, ist der Spannungsverteiler gegenüber der Umgebung isoliert und geschützt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die stoffschlüssige Verbindung des ersten elektrischen Litzenleiters mit dem wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiter als Schweißverbindung ausgebildet ist, vorzugsweise als stumpf oder gesattelt geschweißte Schweißverbindung. Die Schweißverbindung ist besonders als stoffschlüssige Verbindung geeignet, da diese eine Schraub-, Kleb- oder Einhaklose Verbindung ist und folglich genauso hitzebeständig und Belastbar wie der Rest des Werkstückes. Die Schweißverbindung liefert eine stabile, belastbare Verbindung, die relativ einfach und kostengünstig herzustellen ist. Dadurch wird eine Einsparung von Gewicht gegenüber anderen Verbindungsarten erreicht. Darüber hinaus ist die Schweißverbindung in nahezu jeder Position und Umgebung umsetzbar und Verbindungen unterschiedlicher Materialien sind realisierbar.
-
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die stoffschlüssige Verbindung des ersten elektrischen Litzenleiters mit dem wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiter mittels eines Fügematerials, vorzugsweise mittels eines Fügematerials aus einer Silberlegierung, geschweißt ist. Das Fügematerial verbindet vorteilhaft die Litzenleiter zu einer nicht lösbaren Verbindung und gewährt gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit. Ein Fügematerial aus einer Silberlegierung ist aufgrund seiner Eigenschaften hinsichtlich der Leitfähigkeit und Funktionssicherheit der stoffschlüssigen Verbindung besonders geeignet.
-
Vorzugsweise ist der Spannungsverteiler derart ausgebildet, dass die Umspritzung des Kontaktbereichs aus einem Elastomer oder einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem Silikon oder einem Kunststoff aus der Materialgruppe der Silikone besteht. Dabei ist günstig, dass die Umspritzung aus einem isolierenden Material besteht. Folglich sind die Litzenleiter gegenüber der Umgebung isoliert und gegen ungewünschte elektrisch leitende Verbindungen, wie beispielsweise einen Kurzschluss, geschützt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Oberfläche des zu umspritzenden Kontaktbereichs chemisch aktiviert ist. Aufgrund der chemischen Aktivierung der Oberfläche gehen die Materialien der Umspritzung und des Kontaktbereichs, der umspritzt wird, eine optimierte Verbindung ein, die eine sicherere und robustere Ausführung des Spannungsverteilers mit sich bringt.
-
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der der Spannungsverteiler als ein Hochvolt-Traktionsnetzverteiler, ein Hochvolt-Masseverteiler oder ein Hochvolt-Y-Verteiler ausgebildet ist. Für diese Anwendungsfälle des Spannungsverteilers ist die Verbindung besonders geeignet und lässt sich einfach umsetzen.
-
Der erfindungsgemäße Spannungsverteiler ist in einer Ausführungsvariante ausgebildet, dass die Stirnseitenflächen einer Vielzahl der Enden der Litzen des ersten elektrischen Litzenleiters mit einer Vielzahl der Enden der Litzen des wenigstens einen zweiten Litzenleiters verbunden sind. Dadurch sind der Eingang und der Ausgang des Spannungsverteilers elektrisch leitend über die Enden der Litzen miteinander verbunden. Eine Verbindung der ersten und zweiten Litzenleiter ist an den Enden vorteilhaft umzusetzen, da das Ende besonders gut zu kontaktieren ist und effizient mit dem Fügemittel in Kontakt treten kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgreift die Umspritzung den jeweiligen Kabelmantel des jeweiligen Litzenleiters vollständig und dichtet allseitig zum Kontaktbereich mittels einer Oberflächenhaftverbindung, insbesondere eine Adhäsionsverbindung, hin ab. Auf diese Weise ist der Spannungsverteiler vorteilhaft gegen die Umgebung isoliert und gegen ungewünschte elektrisch leitende Verbindungen oder eine Verschmutzung geschützt. Die Oberflächenhaftverbindung verbessert zusätzlich die Verbindung zwischen dem Kabelmantel des jeweiligen Litzenleiters und der Umspritzung.
-
In einer alternativen Ausführung des vorliegenden Spannungsverteilers ist ferner vorgesehen, dass der erste elektrische Litzenleiter und der wenigstens eine zweite Litzenleiter gewebte Litzenleiter sind, vorzugsweise am Ende ohne Webstruktur. Gewebte Litzenleiter sind vorteilhaft für die Anwendung bei einem Spannungsverteiler. An einem Ende des Litzenleiters ohne eine Webstruktur ist günstig, dass sich die Verbindung mit dem Fügemittel sicherer und einfacher umsetzen lässt.
-
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verbindungsverfahren insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter und wenigstens einem oder mehreren zweiten elektrischen Litzenleitern mittels eines Spannungsverteilers mit den vorstehenden Merkmalen vorgeschlagen. Das Verbindungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a. Fügen des Endes des elektrischen Litzenleiters mit dem freien Ende des wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiters mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens,
- b. Umspritzen des von dem ersten elektrischen Litzenleiter und dem wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiter ausgebildeten Kontaktbereichs mit der Umspritzung.
-
Auf diese Weise wird in wenigen Schritten eine robuste bzw. sichere Verbindung der Litzenleiter des Spannungsverteilers hergestellt. Ferner wird auf zusätzliche Kontaktelemente zur Sicherstellung der Verbindung komplett verzichtet und dadurch Verfahrensschritte zur Herstellung der Verbindung des Spannungsverteilers eingespart. Ferner wird durch den Entfall des Kontaktelements die Anzahl der Kontaktstellen des Spannungsverteilers reduziert und es resultiert eine noch robustere Ausführung.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass im vorgenannten Schritt a) mittels dem stoffschlüssigen Fügeverfahren Schweißen gefügt wird, vorzugsweise stumpf oder gesattelt. Die Schweißverbindung liefert eine stabile, belastbare Verbindung, die relativ einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine geringe Anzahl an Herstellungsschritten benötigt. Darüber hinaus ist die Schweißverbindung in nahezu jeder Position und Umgebung umsetzbar und Verbindungen unterschiedlicher Materialien sind realisierbar.
-
Das Verbindungsverfahren wird in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform derart durchgeführt, dass im vorgenannten Schritt a) das Ende des ersten elektrischen Litzenleiters mit dem Ende des wenigstens einen zweiten elektrischen Litzenleiters mittels eines Fügematerials, vorzugsweise mittels eines Fügematerials aus einer Silberlegierung, gefügt wird. Die Litzenleiter lassen sich vorteilhaft mit dem Fügematerial, das gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit gewährleistet, zu einer nicht lösbaren Verbindung verbinden. Ein Fügematerial aus einer Silberlegierung aufgrund seiner Eigenschaften hinsichtlich der Leitfähigkeit und Funktionssicherheit der stoffschlüssigen Verbindung besonders geeignet.
-
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor dem oben genannten Schritt b) die Oberfläche des Kontaktbereichs mittels eines chemischen Aktivierungsverfahrens chemisch aktiviert wird. Aufgrund der chemischen Aktivierung der Oberfläche gehen die Materialien der Umspritzung und des Kontaktbereichs, der umspritzt wird, einfacher und schneller eine optimierte Verbindung ein, die eine sicherere und robustere Ausführung des Spannungsverteilers mit sich bringt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbindungsverfahrens wird im zuvor genannten Schritt b) der Kontaktbereich mit einer Umspritzung aus einem Elastomer oder einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem Silikon oder einem Kunststoff aus der Materialgruppe der Silikone umspritzt. Vorteilhaft daran ist, dass eine Umspritzung aus einem Elastomer bzw. Silikon oder einem Kunststoff aus der Materialgruppe der Silikone mit geringem Montageaufwand hergestellt werden kann.
-
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Spannungsverteilers für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter und zwei zweiten elektrischen Litzenleitern.
-
In 1 ist ein Spannungsverteiler 1 für Kraftfahrzeuge mit einem ersten elektrischen Litzenleiter 2 und zwei zweiten elektrischen Litzenleitern 3 dargestellt. Der Spannungsverteiler ist als ein Hochvolt-Y-Verteiler ausgebildet und die ersten und zweiten elektrischen Litzenleiter sind gewebte Litzenleiter, die an deren jeweiligen Ende (Endabschnitt) ohne eine Webstruktur ausgebildet sind.
-
Ein Ende des ersten elektrischen Litzenleiters 2 ist mit dem jeweiligen Ende der beiden zweiten elektrischen Litzenleiter 3 unmittelbar stoffschlüssig durch eine Stumpfschweißverbindung mit einem Fügematerial 7 aus einer Silberlegierung verbunden. Die stumpfe Schweißverbindung ist an den Stirnseitenflächen einer Vielzahl der Enden der Litzen des ersten elektrischen Litzenleiters 2 mit einer Vielzahl der Enden der Litzen der beiden zweiten Litzenleiter 3 umgesetzt.
-
Darüber hinaus bilden der erste elektrische Litzenleiter 2 und die beiden damit verbundenen zweiten elektrischen Litzenleiter 3 jeweils einen Kontaktbereich 4 aus. Dieser Kontaktbereich 4 ist mit einer Umspritzung 5 aus einem Silikon umspritzt und die Oberfläche 8 des Kontaktbereichs 4 ist für eine Verbindung mit der Umspritzung 5 chemisch aktiviert. Ferner ist die Umspritzung bis zu einem jeweiligen Kabelmantel 6 des jeweiligen Litzenleiters 2, 3 vorgesehen. Dabei umgreift die Umspritzung 5 den jeweiligen Kabelmantel 6 des jeweiligen Litzenleiters 2, 3 vollständig und dichtet den Spannungsverteiler 1 allseitig zum Kontaktbereich 4 hin mittels einer Adhäsionsverbindung ab.
