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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine leistungselektrische Einrichtung eines Kraftfahrzeugs und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Im Zuge der technischen Weiterentwicklung werden zunehmend größere Anforderungen an elektrische Einrichtungen und Systeme von Kraftfahrzeugen gestellt. Dies betrifft beispielsweise steigende Stromführungsanforderungen und Leistungssteigerungen. Diese sind insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen im Vergleich zu herkömmlichen verbrennungskraftbasierten Fahrzeugen zu beobachten. Derartige gesteigerte Anforderungen müssen durch entsprechende technische Anpassungen berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit hierfür besteht in der Vergrößerung von Leiterquerschnitten. Dies würde dann jedoch auch eine entsprechende Vergrößerung anderer Bauteile, beispielsweise zur Sicherung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) mit sich bringen und somit letztendlich einen signifikant erhöhten Bauraumbedarf bedeuten. Zudem entsteht mit steigenden Leistungen beziehungsweise Strömen typischerweise auch mehr Verlustleistung in Form eines zusätzlichen Wärmeeintrags. Mit steigender Temperatur eines EMV-Filters oder -Kerns sinkt jedoch nachteilig dessen Sättigungsflussdichte, sodass er anschaulich ausgedrückt weniger fähig ist, ein Magnetfeld zu dämmen. Das Magnetfeld kann dann zumindest teilweise aus dem EMV-Kern austreten und in seiner Umgebung befindliche elektrische und elektronische Einrichtungen, beispielsweise Steuergeräte oder eine Fahrzeugelektronik, insbesondere im Niedervoltbereich, stören.
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Ein EMV-Filter ist beispielsweise in der
DE 10 2017 109 321 A1 beschrieben. Dort ist der EMV-Filter mit einem Umrichter eines Kältemittelverdichters verbunden. An einer Außenseite eines Kerns des EMV-Filters ist eine plane oder konvexe Wärmeübergangsfläche angeordnet, mit welcher der Kern an einem Gehäuse des Kältemittelverdichters angeordnet ist. Das Gehäuse ist dabei in dem Bereich der planen oder konvexen Wärmeübergangsfläche plan oder konkav ausgeführt. In dem Gehäuse kann sich ein Kühlmittel befinden, welches Wärme von dem Kern aufnehmen kann. Eine Stromschiene kann in einem U-förmigen Verlauf durch den Kern geführt sein. Bei dieser Anordnung können entsprechend hohe durch die Stromschiene geführte Ströme nachteilig also zumindest lokal den Kern aufheizen und damit dessen EMV-Eigenschaften verschlechtern.
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Als Beispiel für eine leistungselektrische Einrichtung ist in der
DE 10 2016 013 490 A1 eine Bordladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Laden einer Traktionsbatterie beschrieben. Die Bordladeeinrichtung weist dabei einen durch eine aktive Kühlung der Bordladeeinrichtung gekühlten Netzfilter zum Filtern elektrischer Störungen sowohl bei einem Wechselstromladen als auch bei einem Gleichstromladen der Traktionsbatterie auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zuverlässigen Betrieb einer Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs bei relativ hohen elektrischen Leistungen auf bauraumsparende Weise zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dient, ist also einsetzbar zum Kühlen einer leistungselektrischen Einrichtung eines Kraftfahrzeugs. Eine solche leistungselektrische Einrichtung kann beispielsweise eine Leistungselektronik, ein Steuergerät, ein Inverter, ein - insbesondere zum Transportieren einer elektrischen Leistung von mehreren Kilowatt ausgelegter - elektrischer Leiter und/oder dergleichen mehr sein oder einen solchen umfassen. Zur Erläuterung wird vorliegend davon ausgegangen, dass die leistungselektrische Einrichtung eine Stromschiene ist oder umfasst. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung weist einen Kunststoffhalter mit einer Führung zum elektrisch isolierten Hindurchführen oder Aufnehmen der Stromschiene auf. Die Stromschiene kann insbesondere zur elektrischen Versorgung weiterer Teile oder Komponenten der leistungselektrischen Einrichtung und/oder anderer elektrischer oder elektronischer Komponenten dienen. In einem bevorzugten Anwendungsfall kann die Stromschiene zur elektrischen Versorgung eines Steuergeräts einer Leistungselektronik eines Antriebs eines Elektrofahrzeugs dienen oder ausgelegt sein. Die Kühleinrichtung weist weiter einen EMV-Filter auf, der die Führung bereichsweise umgibt und von dieser durch den Kunststoffhalter elektrisch isoliert ist. Der EMV-Filter ist oder umfasst hier insbesondere ein die Führung für die Stromschiene umgebendes Metallteil. Dieses kann beispielsweise aus im Wesentlichen reinem Eisen bestehen, eine nanokristalline Struktur aufweisen, als kunststoffummanteltes Eisenband ausgeführt sein oder dergleichen mehr. Das Metallteil beziehungsweise der EMV-Filter kann einteilig gefertigt, beispielsweise gefräst, sein. Ebenso kann das Metallteil beziehungsweise der EMV-Filter mehrteilig ausgebildet sein, wobei seine Einzelteile dann beispielsweise miteinander verklebt sein können.
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Weiter weist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung einen an dem Kunststoff angeordneten, insbesondere einteiligen oder einstückigen, Kühlkörper auf. Dieser Kühlkörper liegt in einem ersten Bereich zum Entwärmen des EMV-Filters zumindest mittelbar an einer von der Führung abgewandten Außenseite des EMV-Filters an. In einem zweiten Bereich, der in Längsrichtung der Führung über den EMV-Filter hinausragt und in dem die Stromschiene von dem Kunststoffhalter freigelassen ist, reicht der Kühlkörper zumindest mittelbar zum Entwärmen der Stromschiene an diese heran. Der Kühlkörper ist dabei von wenigstens einem Kühlkanal zum Führen einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlmediums durchzogen oder durchgriffen.
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Bevorzugt können der Kunststoffhalter und der Kühlkörper aneinander befestigt oder festgelegt sein. Beispielsweise kann der Kühlkörper in dem ersten Bereich oder auf Höhe des ersten Bereichs mit dem Kunststoffhalter verbunden, beispielsweise mit diesem verschraubt oder verklebt sein. Ebenso kann jedoch der Kühlkörper zumindest mittelbar lediglich an dem Kunststoffhalter und/oder an dem EMV-Filter anliegen und an einem anderen Bauteil befestigt oder festgelegt sein, beispielsweise einem Gehäuse.
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Ein zumindest mittelbares Anliegen oder Heranreichen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil beziehungsweise an ein zweites Bauteil soll im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass die Bauteile in unmittelbarem direktem Kontakt miteinander stehen können oder sich zwischen den beiden Bauteilen ein weiteres Bauteil oder Element befinden kann, wobei in letzterem Fall eine durchgängige, also unterbrechungsfreie physische oder mechanische Verbindung, insbesondere aus festen und/oder pastösen Materialien, besteht. Beispielsweise kann zwischen den beiden Bauteilen in zumindest einem Bereich oder Abschnitt - insbesondere nur - ein Ausgleichselement (englisch: gappad) zum Ausgleichen von Unebenheiten, Rauigkeiten und/oder einer Schieflage, ein Wärmeleitpad, eine Wärmeleitschicht, eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber oder dergleichen angeordnet sein.
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Bei der hier vorgesehenen Anordnung befindet sich in dem zweiten Bereich der Kühlkörper insbesondere näher an der Stromschiene beziehungsweise deren Führung oder bestimmungsgemäß vorgesehenen Position als in dem ersten Bereich. Dies ist der Fall, da sich in dem ersten Bereich zwischen dem Kühlkörper und der Führung der Stromschiene der EMV-Filter und zumindest ein Teil des Kunststoffhalters befinden. Bevorzugt kann der Kühlkörper in der Längsrichtung der Führung den EMV-Filter vollständig überdecken. Der Kühlkörper weist dann also in der Längsrichtung der Führung eine größere Erstreckung oder Ausdehnung als der EMV-Filter auf. Es ist jedoch möglich, dass der EMV-Filter an seiner von dem zweiten Bereich abgewandten Seite in der Längsrichtung der Führung über den Kühlkörper hinausragt. Dies kann beispielsweise abhängig sein von jeweiligen Filter- oder Kühlanforderungen und/oder einem verfügbaren Bauraum.
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Der Kühlkörper kann insbesondere aus einem Metall oder einer metallischen Legierung gefertigt sein, um eine besonders gute Wärmeleitungsfähigkeit und damit eine besonders gute Kühlleistung zu erreichen. Je nach Anforderung oder Anwendung könnte der Kühlkörper aber ebenso beispielsweise aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff- oder Keramikmaterial gefertigt sein.
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Der Kühlkanal kann insbesondere zum Einbinden des Kühlkörper in einen Kühlkreislauf, beispielsweise einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein. Dazu kann der Kühlkanal beziehungsweise der Kühlkörper an beiden Enden des Kühlkanals, also an dessen Eintritt in den Kühlkörper und dessen Austritt aus dem Kühlkörper, eine hydraulische Schnittstelle, beispielsweise einen Schlauchanschluss oder dergleichen, aufweisen.
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Insgesamt sieht die vorliegende Erfindung eine aktive Kühlung beziehungsweise Entwärmung sowohl der Stromschiene als auch des EMV-Filters über den Kühlkörper und letztlich eine durch den Kühlkanal geführte Kühlflüssigkeit vor. Dies kann vorteilhaft Verluste reduzieren sowie im Vergleich zu einer passiven Kühlung oder Luftkühlung bei erhöhter Leistung einen gleichbleibenden oder sogar verringerten Querschnitt der Stromschiene und des EMV-Filters ermöglichen. Durch die aktive Kühlung des EMV-Filters kann zudem dessen Sättigung zuverlässiger beziehungsweise bis hin zu höheren durch die Stromschiene transportierten elektrischen Strömen oder Leistungen vermieden werden. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann beispielsweise zwischen einer elektrischen Maschine und einem Inverter des Kraftfahrzeugs angeordnet werden und dann besonders vorteilhaft eine thermische Barriere dazwischen bilden. Dadurch kann eine Beschädigung des Inverters durch die im Betrieb typischerweise deutlich höheren Temperaturen der elektrischen Maschine besonders zuverlässig vermieden und somit ein besonders zuverlässiger und sicherer Betrieb des Inverters und damit des Kraftfahrzeugs insgesamt sichergestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der EMV-Filter - zumindest quer zur Längsrichtung der Führung - vollständig von dem Kunststoffhalter ummantelt. Dadurch kann besonders zuverlässig eine elektrische Isolierung des EMV-Filters sichergestellt werden, sodass beispielsweise Überschläge oder Kurzschlüsse besonders zuverlässig vermieden werden können. Zudem kann der EMV-Filter durch die Kunststoffummantelung vor Beschädigung geschützt werden und somit beispielsweise auch dann zusammengehalten werden, wenn er einen Riss aufweist oder gebrochen ist, wodurch letztlich ein besonders zuverlässiger und langlebiger Betrieb ermöglicht werden kann.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung lässt der Kunststoffhalter einen außenseitigen Bereich oder Abschnitt des EMV-Filters frei. In diesem Bereich, der auch als Kühl- oder Kontaktbereich bezeichnet werden kann - liegt dann der Kühlkörper zumindest mittelbar, insbesondere nur über eine wärmeleitende Ausgleichsschicht, an dem EMV-Filter an. Zwischen dem Kühlkörper und dem EMV-Filter befindet sich in diesem Bereich dann also kein Teil oder Abschnitt des Kunststoffhalters. Dadurch kann ein verbesserter Wärmeübergang zwischen dem EMV-Filter und dem Kühlkörper und somit eine verbesserte Entwärmung des EMV-Filters erreicht werden. Insbesondere kann der Kunststoffhalter nur den Bereich des EMV-Filters freilassen, in dem der Kühlkörper zumindest mittelbar anliegt. Somit kann der EMV-Filter insbesondere an einer bezogen auf die Führung dem Kühlkörper gegenüberliegenden Seite nach außen hin durch den Kunststoffhalter abgedeckt und isoliert sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine Befestigungsstelle oder wenigstens ein Befestigungselement zum Festlegen der Kühleinrichtung an einem Fahrzeugteil in einem Befestigungsbereich angeordnet, in dem sich in einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Führung stehenden Querrichtung der Kunststoffhalter und der Kühlkörper nicht überdecken. Dieser Befestigungsbereich kann dabei insbesondere in der Längsrichtung der Führung auf Höhe des ersten Bereiches, also auf Höhe des EMV-Filters, angeordnet sein. Bezogen auf die Querrichtung oder in der Querrichtung betrachtet sind in dem Befestigungsbereich der Kunststoffhalter und der Kühlkörper also überdeckungsfrei. An der Befestigungsstelle beziehungsweise mittels des Befestigungselements kann die Kühleinrichtung beispielsweise an einem Gehäuse einer Fahrzeugkomponente, etwa an einem Gehäuse eines Leistungselektronik-Steuergeräts oder einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs, befestigt oder festgelegt werden. Die Befestigungsstelle kann beispielsweise eine Bohrung, eine Lasche, ein Flansch oder dergleichen sein. Die Befestigungsstelle beziehungsweise das Befestigungselement kann sich in oder an dem Kunststoffhalter oder in oder an dem Kühlkörper befinden. Dies kann beispielsweise abhängig sein von einer jeweiligen Auslegung oder Ausgestaltung. So kann eine Anordnung der Befestigungsstelle in oder an dem Kunststoffhalter gegebenenfalls einen unerwünschten Wärmeeintrag von dem Kühlkörper in das jeweilige Fahrzeugteil vermeiden oder reduzieren. Umgekehrt kann eine Anordnung der Befestigungsstelle in oder an dem Kühlkörper einen solchen Wärmeeintrag ermöglichen, sodass das Fahrzeugteil dann gegebenenfalls als zusätzliche Wärmesenke beziehungsweise zusätzliche Kühl- oder Wärmeabstrahlungsfläche zum verbesserten Entwärmen der Stromschiene und des EMV-Filters verwendet werden kann. Durch die Anordnung der Befestigungsstelle auf Höhe des ersten Bereiches kann der zweite Bereich zur Anordnung eines Hauptteils des Kühlkörpers, insbesondere zur Führung oder Anordnung des Kühlkanals zur Verfügung stehen, also freibleiben. Dadurch kann vorteilhaft auf besonders einfache und bauraumeffiziente Weise eine besonders gute Kühlung der Stromschiene ermöglicht werden. Dies ist deshalb sinnvoll, weil die Stromschiene im Betrieb typischerweise mehr Verlustwärme produzieren oder abgeben wird als der EMV-Filter.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ragt der Kunststoffhalter an einer dem Kühlkörper gegenüberliegenden Seite der Stromschiene beziehungsweise der Führung für die Stromschiene ebenfalls über den EMV-Filter hinaus bis in den zweiten Bereich. Der Kunststoffhalter und der Kühlkörper sind dann bezogen auf die Längsrichtung der Führung auf Höhe des zweiten Bereiches aneinander festgelegt oder befestigt. Diese Befestigung des Kühlkörpers und des Kunststoffhalters aneinander in dem zweiten Bereich kann insbesondere zusätzlich zu der genannten Befestigung oder Festlegung des Kunststoffhalters und des Kühlkörpers aneinander in dem ersten Bereich vorgesehen sein. Dementsprechend kann die Festlegung oder Befestigung beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben oder dergleichen realisiert sein. Bei der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung wird die Stromschiene bestimmungsgemäß in dem zweiten Bereich also auf einer Seite von dem entsprechend verlängerten Kunststoffhalter und gegenüberliegend von dem Kühlkörper eingeschlossen oder umgeben. Durch die Festlegung des Kunststoffhalters und des Kühlkörpers aneinander in diesem zweiten Bereich kann ein besonders guter Kontakt mit der Stromschiene realisiert werden, was wiederum einen besonders effizienten und effektiven Wärmeübergang von der Stromschiene in den Kühlkörper ermöglichen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Kühlkanal in dem zweiten Bereich angeordnet und verläuft quer zur Längsrichtung der Führung. Mit anderen Worten ist der Kühlkanal also dort angeordnet, wo sich zwischen dem Kühlkörper und der Stromschiene kein Teil oder Abschnitt des EMV-Filters befindet, also bezogen auf die Längsrichtung der Führung vor oder neben dem EMV-Filter oder unterhalb von diesem. In der genannten Querrichtung, in der betrachtet der Kühlkörper in dem ersten Bereich den EMV-Filter überdeckt, kann der Kühlkanal zumindest teilweise auf gleicher Höhe oder an gleicher Position wie der EMV-Filter angeordnet sein, sich also etwa in dem gleichen Abstand zu der Stromschiene beziehungsweise deren Führung befinden wie der EMV-Filter. Dadurch kann nicht nur eine besonders kompakte und bauraumeffiziente Anordnung, sondern ebenso eine besonders effektive Entwärmung der Stromschiene erreicht werden. In einer zweiten Querrichtung, die sowohl zu der Längsrichtung der Führung als auch zu der genannten Querrichtung senkrecht steht, kann der Kühlkanal über die Stromschiene beziehungsweise deren Führung hinweg verlaufen. Mit anderen Worten kann der Kühlkanal in dieser zweiten Querrichtung also die Stromschiene vollständig kreuzen, sodass auch bei einer mehrteiligen oder mehradrigen Ausführung der Stromschiene eine besonders effektive Entwärmung ermöglicht wird. Die zweite Querrichtung kann dann einer Haupterstreckungsrichtung oder hauptsächlichen Durchflussrichtung des Kühlkanals entsprechen. In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung verläuft die Haupterstreckungsrichtung des Kühlkanals also quer zur Längsrichtung der Führung beziehungsweise der Stromschiene.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung tritt der Kühlkanal zumindest im Wesentlichen quer zur Längsrichtung der Führung beziehungsweise der Stromschiene in den Kühlkörper ein und aus dem Kühlkörper aus und weist innerhalb des Kühlkörpers einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen Verlauf auf. Dabei ist ein Mittelstück des U-förmigen Verlaufs, also anschaulich ein Boden oder Querstück des U, relativ zu dem Ein- und Austritt des Kühlkanals in Längsrichtung der Führung beziehungsweise der Stromschiene versetzt. Die Ein- und Austritte des Kühlkanals können in der Längsrichtung beispielsweise auf Höhe des zweiten Bereiches angeordnet sein, wobei sich das Mittelstück des U-förmigen Verlaufes dann auf Höhe des ersten Bereiches beziehungsweise auf Höhe des EMV-Filters befinden kann. Ebenso ist eine umgekehrte Anordnung möglich. In ersterem Fall kann sich der Kühlkanal zwischen dem Eintritt und einem Beginn des U-förmigen Abschnitts sowie zwischen einem Ende des U-förmigen Abschnitts und dem Austritt des Kühlkanals aus dem Kühlkörper bis zu der Stromschiene erstrecken, insbesondere sofern diese mehrere nebeneinander verlaufende Adern oder Teile aufweist. Durch einen derartigen Verlauf des Kühlkanals innerhalb des Kühlkörpers kann eine besonders gleichmäßige Entwärmung sowohl der Stromschiene als auch des EMV-Filters erreicht werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Kühlkörper mehrere Kühlkanäle aufweisen. Diese können beispielsweise je nach Auslegung, Anforderungen oder Bauraumbedingungen ganz oder abschnittweise parallel, schief oder senkrecht zueinander verlaufen. Einige oder alle der mehreren Kühlkanäle können dabei quer oder parallel zur Führung beziehungsweise der Längsrichtung der Führung oder der Stromschiene verlaufen, also angeordnet sein. Die Kühlkanäle können dabei unterschiedliche Größen oder Querschnitte aufweisen. Beispielsweise kann in dem zweiten Bereich, in dem sich zwischen dem Kühlkörper und der Stromschiene nicht der EMV-Filter befindet, ein Kühlkanal angeordnet sein, der einen größeren Querschnitt aufweist als ein weiterer, in dem ersten Bereich angeordneter Kühlkanal. Dadurch kann in dem ersten Bereich in der genannten Querrichtung der Kühlkörper schmaler sein als in dem zweiten Bereich, wodurch eine besonders kompakte, ebene oder flache Außenform oder Außenwand des Kühlkörpers beziehungsweise der Kühleinrichtung insgesamt realisiert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine leistungselektrische Einrichtung sowie eine zu deren Kühlung angeordnete erfindungsgemäße Kühleinrichtung aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann also insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannte Kraftfahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die leistungselektrische Einrichtung ein Steuergerät, das in einem Steuergerätegehäuse angeordnet ist. Die Kühleinrichtung einschließlich des EMV-Filters ist dann außerhalb dieses Gehäuses angeordnet. Wie beschrieben kann die Kühleinrichtung dabei insbesondere eine zur Versorgung des Steuergeräts von außen zu diesem geführte Stromschiene umgreifen. Wie beschrieben kann die Kühleinrichtung hier an einer Außenseite des Steuergerätegehäuses festgelegt oder befestigt sein. Durch die Anordnung der Kühleinrichtung außerhalb des Steuergerätegehäuses kann vorteilhaft ein Wärmeeintrag in das Steuergerätegehäuse reduziert werden, sodass darin angeordnete leistungselektronische Komponenten thermisch weniger belastet werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Kühleinrichtung zum Kühlen einer Stromschiene und eines EMV-Filters;
- 2 eine schematische Querschnittansicht des EMV-Filters und der durch diesen verlaufenden Stromschiene; und
- 3 eine schematische Queransicht der Kühleinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Kühleinrichtung 10 zum Kühlen einer leistungselektrischen Einrichtung eines Kraftfahrzeugs. Vorliegend ist die Kühleinrichtung 10 zum Kühlen einer Stromschiene 12 zur Versorgung eines Antriebssteuergeräts eines batterieelektrischen Kraftfahrzeugs angeordnet. Beispielsweise kann die Stromschiene 12 aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein. Die Stromschiene 12 ist hier aus mehreren Adern U, V, W gebildet, die sämtlich durch die Kühleinrichtung 10 geführt beziehungsweise von dieser umgeben sind. Die Kühleinrichtung 10 weist einen Kunststoffhalter 14 auf, der sich über einen Abschnitt der Stromschiene 12 in deren Längsrichtung erstreckt. In einer hier senkrecht auf der Zeichenebene stehenden ersten Querrichtung ist der Kunststoffhalter 14 teilweise vor und teilweise hinter der Stromschiene 12 angeordnet. In einer hier senkrecht zu der Längsrichtung der Stromscheine 12 in der Zeichenebene verlaufenden zweiten Querrichtung erstreckt sich der Kunststoffhalter 14 - und damit die Kühleinrichtung 10 - beidseitig über die Stromschiene 12 hinaus.
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Die Stromschiene 12 ist hier durch den Kunststoffhalter 14 geführt, der dazu eine entsprechende Führung aufweist. Die Stromschiene 12 kann beispielsweise in diese Führung eingefädelt und darin verklebt oder auf sonstige Weise fixiert sein. Die Stromschiene 12 könnte ebenso beispielsweise in den Kunststoffhalter 14 eingegossen sein. Der Kunststoffhalter 14 umgibt die Stromschiene 12 in den beiden Querrichtungen in einem ersten Bereich B1 vollständig, sodass die Stromschiene 12 durch den Kunststoffhalter 14 zumindest in diesem ersten Bereich B1 elektrisch isoliert ist. In dem ersten Bereich B1 ist zudem ein EMV-Kern 16 zur Filterung oder Dämpfung elektromagnetischer Störsignale um die Stromschiene 12 herum angeordnet. Der EMV-Kern 16 ist dabei zumindest teilweise in dem Kunststoffhalter 14 aufgenommen, also von diesem umgeben beziehungsweise in oder an diesem gehalten. Der EMV-Kern 16 kann hier als Teil der Kühleinrichtung 10 und/oder als Teil der zu kühlenden leistungselektrischen Einrichtung aufgefasst werden.
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Die Kühleinrichtung 10 weist weiter einen, insbesondere metallischen, Kühlkörper 18 auf. Der Kühlkörper 18 ist in der ersten Querrichtung vor der Stromschiene 12 angeordnet, befindet sich hier also in Betrachtungsrichtung im Vordergrund. Damit überdeckt der Kühlkörper 18 sowohl den EMV-Kern 16 als auch einen Großteil des Kunststoffhalters 14 in der ersten Querrichtung beziehungsweise hier in Betrachtungsrichtung. Vorliegend werden in dieser Richtung lediglich Befestigungsbereiche 20 des Kunststoffhalters 14 durch den Kühlkörper 18 freigelassen, von diesem also nicht überdeckt. In diesen Befestigungsbereichen 20 sind vorliegend Befestigungsstellen 22 in oder an dem Kunststoffhalter 14 angeordnet. Über diese Befestigungsstellen 22 kann die Kühleinrichtung 10 befestigt oder gehalten werden, beispielsweise an einem Gehäuse eines Steuergeräts oder einem umgebenden Gehäuse oder dergleichen. Weiter sind hier Fixierungen 24 vorgesehen, an oder mit denen der Kunststoffhalter 14 und der Kühlkörper 18 aneinander befestigt oder festgelegt, beispielsweise miteinander verschraubt sind.
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Vorliegend befinden sich die Befestigungsbereiche 20 in dem ersten Bereich B1, also in Längsrichtung der Stromschiene 12 auf Höhe des EMV-Kerns 16. In dieser Längsrichtung schließt an den ersten Bereich B1 ein zweiter Bereich B2 der Kühleinrichtung 10 an. Der zweite Bereich B2 befindet sich also unterhalb des EMV-Kerns 16. In dem zweiten Bereich B2 ist die Stromschiene 12 zumindest auf einer dem Kühlkörper 18 zugewandten Seite durch den Kunststoffhalter 14 freigelassen, also in der vorliegenden Betrachtungsrichtung nicht überdeckt. Hier befindet sich mit anderen Worten der Kunststoffhalter 14 also in Betrachtungsrichtung hinter der Stromschiene 12.
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In dem zweiten Bereich B2 weist der Kühlkörper 18 einen Kühlkanal 28 zum Führen eines Kühlmittels auf. Der Kühlkanal 28 verläuft hier in der zweiten Querrichtung, also quer zu der Längsrichtung der Stromschiene 12 über diese hinweg. Dabei durchgreift der Kühlkanal 28 den Kühlkörper 18 vollständig. Damit kann der Kühlkanal 28 in einen Kühlkreislauf eingebunden werden, wozu vorliegend beispielhaft jeweilige Anschlüsse 30 dargestellt sind. Diese Anschlüsse 30 bilden also hydraulische Schnittstellen, an die beispielsweise ein Kühlmittelschlauch oder eine Kühlmittelleitung 32 angeschlossen werden kann.
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In dem zweiten Bereich B2 ist der Kühlkörper 18 über ein wärmeleitendes Ausgleichselement 26 an die Stromschiene 12 gekoppelt. Das wärmeleitende Ausgleichselement 26 kann dabei insbesondere elektrisch isolierend sein oder wirken, um die Stromschiene 12 von dem Kühlkörper 18 elektrisch zu isolieren.
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2 zeigt eine schematische Querschnittansicht des EMV-Kerns 16 und den darin geführten Adern U, V, W der Stromschiene 12. Dies dient lediglich zur besseren Veranschaulichung der Anordnung und einer möglichen Ausgestaltung. Der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt kann ein von dem EMV-Kern 16 umgebener Innenraum bis auf die Stromschiene 12 durch Material des Kunststoffhalters 14 ausgefüllt sein, sodass die Stromschiene 12 lagefest relativ zu dem EMV-Kern 16 fixiert und elektrisch von diesem isoliert ist.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 3 eine schematische Queransicht der Kühleinrichtung 10 mit der durch diese hindurchgeführten Stromschiene 12. Die in 3 gezeigte Darstellung ergibt sich im Bereich der mittleren Ader V betrachtet in der zweiten Querrichtung, also in einer Haupterstreckungsrichtung des Kühlkanals 28. Hier ist beispielhaft auch in dem ersten Bereich B1 ein weiteres wärmeleitendes Ausgleichselement 26 angeordnet. Dieses stellt hier eine thermische und mechanische Verbindung oder Anbindung des Kühlkörpers 18 an den Kunststoffhalter 14 im Bereich des EMV-Kerns 16 dar beziehungsweise her.
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Anders als hier dargestellt, kann ein dem Kühlkörper 18 zugewandter außenseitiger Kontaktbereich des EMV-Kerns 16 durch den Kunststoffhalter 14 freigelassen sein. In diesem Kontaktbereich kann dann das wärmeleitende Ausgleichselement 26 oder der Kühlkörper 18 unmittelbar, also direkt an dem EMV-Kern 16 anliegen.
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Weiter ist hier erkennbar, dass der Kühlkörper 18 in dem ersten Bereich B1 in der ersten Querrichtung, also senkrecht zu der Längsrichtung der Stromschiene 12 und zu der Haupterstreckungsrichtung des Kühlkanals 28, in dem ersten Bereich B1 schmaler oder dünner ausgebildet ist als in dem zweiten Bereich B2, in dem der Kühlkörper 18 in der ersten Querrichtung bis auf das wärmeleitende Ausgleichselement 26 an die Stromschiene 12 heranreicht.
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Durch entsprechende Pfeile ist hier schematisch ein Wärmeübergang in dem ersten Bereich B1 von dem EMV-Kern 16 zu dem Kühlkörper 18 und in dem zweiten Bereich B2 von der Stromschiene 12 durch den Kühlkörper 18 bis in den Kühlkanal 28 beziehungsweise ein diesen durchströmendes Kühlmedium veranschaulicht.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie vorteilhaft eine aktive Kühlung beziehungsweise Flüssigkeitskühlung einer AC-Schiene und eines EMV-Filters realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühleinrichtung
- 12
- Stromschiene
- 14
- Kunststoffhalter
- 16
- EMV-Kern
- 18
- Kühlkörper
- 20
- Befestigungsbereiche
- 22
- Befestigungsstellen
- 24
- Fixierungen
- 26
- wärmeleitendes Ausgleichselement
- 28
- Kühlkanal
- 30
- Anschlüsse
- 32
- Kühlmittelleitung
- B1
- erster Bereich
- B2
- zweiter Bereich
- U,V,W
- Adern (der Stromschiene 12)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017109321 A1 [0003]
- DE 102016013490 A1 [0004]
