DE102020117129A1

DE102020117129A1 - Verbindungsbauteil, elektrisches System damit sowie Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102020117129A1
Application number: DE102020117129.3A
Authority: DE
Inventors: Felix Griesbach
Original assignee: Scherdel Innotec Forschungs und Entwicklungs GmbH
Current assignee: Scherdel Innotec Forschungs und Entwicklungs GmbH
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verbindungsbauteil (2) zur elektrischen Verbindung eines ersten elektrischen Elements, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor, und zur mediendichten Isolierung des ersten Bauraums des ersten elektrischen Elements (28) gegenüber dem zweiten Bauraum des zweiten elektrischen Elements (30), umfasst:wenigstens zwei Stromschienen (24), von denen jede einen Eingangsanschluss (20) zum Anschluss an das erste elektrische Element und einen Ausgangsanschluss (22) zum Anschluss an das zweite elektrische Element aufweist;wobei die wenigstens zwei Stromschienen (24) so in eine ausgehärtete Epoxidharz-Vergussmasse eingegossen und von dieser umhüllt sind, dass die Epoxidharz-Vergussmasse einen Grundkörper (4) des Verbindungsbauteils (2) ausbildet;wobei die Eingangsanschlüsse (20) der Stromschienen (24) an einer ersten Außenseite des Grundkörpers und die Ausgangsanschlüsse (22) der Stromschienen (24) an einer zweiten Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind; undwobei eine Außenmantelfläche des Grundkörpers (4) die Außenkontur des Verbindungsbauteils (2) bildet und zur mediendichten Anlage an einer Gegenkontur (32) zwischen dem ersten Bauraum (28) und dem zweiten Bauraum (30) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsbauteil zur elektrischen Verbindung eines ersten elektrischen Elements, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor, und zur mediendichten Isolierung des ersten Bauraums des ersten elektrischen Elements gegenüber dem zweiten Bauraum des zweiten elektrischen Elements sowie ein elektrisches System mit einem ersten elektrischen Element, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor und mit einem solchen Verbindungsbauteil, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsbauteils.
In der Praxis, z. B. im Bereich der Elektromobilität, ergibt sich häufig die Anforderung, dass zwei in zwei voneinander getrennten Bauräumen angeordnete elektrische Elemente elektrisch miteinander verbunden werden müssen, gleichzeitig aber mediendicht voneinander getrennt werden müssen.
Verbindungsbauteile, welche die Aufgabe der elektrischen Verbindung von zwei elektrischen Elementen in voneinander getrennten Bauräumen erfüllen und gleichzeitig die beiden Bauräume mediendicht voneinander abtrennen, sind häufig als komplexe, mehrteilige Bauteile ausgebildet und teuer in der Herstellung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verbindungsbauteil zur elektrischen Verbindung von zwei elektrischen Elementen in zwei voneinander getrennten Bauräumen anzugeben, mit dem eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen solchen elektrischen Elementen bei gleichzeitiger mediendichter Abdichtung der beiden Bauräume voneinander ermöglicht wird.
Des Weiteren soll ein elektrisches System mit elektrischen Elementen in zwei voneinander getrennten Bauräumen angegeben werden, bei denen die elektrischen Elemente zuverlässig elektrisch miteinander verbunden sind, die Bauräume aber gleichzeitig mediendicht voneinander getrennt sind.
Ferner soll ein einfach und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbindungsbauteils angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Verbindungsbauteil zur elektrischen Verbindung eines ersten elektrischen Elements, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor, und zur mediendichten Isolierung des ersten Bauraums des ersten elektrischen Elements gegenüber dem zweiten Bauraum des zweiten elektrischen Elements, umfasst
wenigstens zwei Stromschienen, von denen jede einen Eingangsanschluss zum Anschluss an das erste elektrische Element und einen Ausgangsanschluss zum Anschluss an das zweite elektrische Element aufweist;
wobei die wenigstens zwei Stromschienen so in eine ausgehärtete Epoxidharz-Vergussmasse eingegossen und von dieser umhüllt sind, dass die Epoxidharz-Vergussmasse einen Grundkörper des Verbindungsbauteils ausbildet;
wobei die Eingangsanschlüsse der Stromschienen an einer ersten Außenseite des Grundkörpers und die Ausgangsanschlüsse der Stromschienen an einer zweiten Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind, und
wobei eine Außenmantelfläche des Grundkörpers die Außenkontur des Verbindungsbauteils bildet und zur mediendichten Anlage an einer Gegenkontur zwischen dem ersten Bauraum und dem zweiten Bauraum ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches System umfasst ein erstes elektrisches Element, insbesondere eine Leistungselektronik, ein zweites elektrisches Element, insbesondere einen Elektromotor, und ein erfindungsgemäßes Verbindungsbauteil der hier beschriebenen Art.
Das erste elektrische Element ist in einem ersten Bauraum und das zweite elektrische Element ist in einem zweiten Bauraum angeordnet, die voneinander z. B. durch eine Wandung abgetrennt sind.
Das Verbindungsbauteil ist so in einem Durchgang, insbesondere einem Schacht, zwischen dem ersten Bauraum und dem zweiten Bauraum angeordnet , dass es über den gesamten Umfang seiner Außenmantelfläche an der Innenfläche des Durchgangs, die einen Gegenkontur ausbildet, dichtend anliegt und so den ersten Bauraum mediendicht von dem zweiten Bauraum abtrennt.
Das erste elektrische Element ist mit den Eingangsanschlüssen der Stromschienen des Verbindungsbauteils und das zweite elektrische Element ist mit den Ausgangsanschlüssen der Stromschienen des Verbindungsbauteils elektrisch verbunden.
Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden die wenigstens zwei Stromschienen durch das Eingegossensein in eine ausgehärtete Epoxidharz-Vergussmasse und durch das Umhülltsein von dieser im Inneren des so gebildeten Grundkörpers zuverlässig und mediendicht abgedichtet und elektrisch isoliert. Luft- und Kriechstrecken sowie Leckagewege zwischen den Stromschienen und der diese umgebende Epoxidharz-Vergussmasse werden erfindungsgemäß zuverlässig vermieden. Es ist somit eine zuverlässige innere Abdichtung zwischen den Stromschienen und der Epoxidharz-Vergussmasse gewährleistet.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung bildet die Außenmantelfläche des Grundkörpers, also der ausgehärteten Epoxidharz-Vergussmasse die Außenkontur und somit die Außenform des Verbindungsbauteils, ohne dass hier weitere Elemente, wie z. B. ein umgebendes Gehäuse oder eine Umhüllung vorgesehen sind. Die Form und Kontur der Außenmantelfläche des Grundkörpers wird somit durch die Innenform der mehrteiligen Kavität, die zur Herstellung des Verbindungsbauteils, also zum Eingießen der Epoxidharz-Vergussmasse verwendet wird, definiert. Dadurch können beliebige Außenformen und Außenmantelflächen des Grundkörpers, für jeden Anwendungsfall hergestellt werden.
Die Außenmantelfläche ist zur mediendichten Anlage an einer Gegenkontur zwischen dem ersten und zweiten Bauraum des elektrischen Systems, in dem das Verbindungsbauteil zur Anwendung kommt, bestimmt. Die mediendichte Anlage kann dabei z. B. durch Dichtungselemente, wie Außendichtringe, O-Ringe und dergleichen unterstützt werden.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist kostengünstig herstellbar. Komplexe zusätzliche Abdichtungen der Leiterbahnen, z. B. durch dichtende Elemente auf Kautschukbasis und der damit verbundene große Handlingsaufwand bei der Herstellung können so vermieden werden. Ebenfalls können anspruchsvolle Spritzgußlösungen sowie die Verwendung von Vorspritzlingen und Oberflächenbeschichtungen vermieden werden. Zusätzliche Gehäuse, Verschalungen oder Umhüllungen können ebenfalls eingespart werden. Zudem wird eine Lunkerbildung zuverlässig vermieden, die bei herkömmlichen, mehrteiligen Bauteilen häufig auftritt.
Gemäß einem weiteren Vorteil ist die ausgehärtete Epoxidharz-Vergussmasse gut wärmeleitend, und somit kann die an den Stromschienen entstehende Wärme bzw. thermische Verlustleistung gut abgeführt und an die Umgebung weitergeleitet werden. Eine Überhitzung und daraus ggf. entstehende Beschädigungen können zuverlässig vermieden werden. Je nach verwendeter mehrteiliger Kavität bei der Herstellung, insbesondere beim Vergießen können beliebige, auch komplexe und aufwändige Außenkonturen und Außenmantelflächen des Grundkörpers hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verbindungsbauteil ist zur elektrischen Verbindung von zwei elektrischen Elementen in zwei voneinander getrennten Bauräumen bei gleichzeitiger mediendichter Abdichtung der beiden Bauräume voneinander für beliebige Anwendungen und für beliebige elektrische Systeme mit solchen zwei elektrischen Elementen und zwei voneinander getrennten Bauräumen geeignet.
Besonders gut geeignet ist das Verbindungsbauteil jedoch für Elektromobilitätsanwendungen und insbesondere für solche Elektromobilitätsanwendungen, bei denen das erste elektrische Element als Leistungselektronik und das zweite elektrische Element als Elektromotor ausgebildet sind, die in voneinander getrennten Bauräumen angeordnet sind.
Unter Stromschienen werden dabei beliebige stromführende Leiterbahnen aus gut leitendem Material, z.B. Kupfer oder Aluminium, verstanden, die insbesondere ohne Umhüllung ausgebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen diese Stromschienen mindestens mit einem überwiegenden Teil ihrer Länge im Wesentlichen gerade und/oder windungslos durch das Verbindungsbauteil, insbesondere von ihren Eingangsanschlüssen an der ersten Außenseite des Grundkörpers zu ihren Ausgangsanschlüssen an der zweiten Außenseite des Grundkörpers.
Wenn die beiden Außenseiten mit den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen an gegenüberliegenden Stirnseiten des Grundkörpers legen, dann können die Stromschienen im Wesentlichen in gerader Erstreckung, insbesondere im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers, von der ersten zur zweiten Außenseite verlaufen.
Wenn eine der beiden Außenseiten oder beide Außenseiten mit den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen an Seitenflächen des Grundkörpers angeordnet sind, können die Stromschienen zunächst eine Biegung machen und von dieser Biegung ausgehend in im Wesentlichem gerader Erstreckung, insbesondere im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers, bis zur anderen Außenseite oder zu einer Biegung vor der anderen Außenseite verlaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen System wird das dichtende Anliegen und die äußere Mediendichtigkeit des Verbindungsbauteils über den gesamten Umfang seiner Außenmantelfläche an der Innenfläche des Durchgangs, insbesondere Schachts zwischen den zwei Bauräumen, die/der eine Gegenkontur ausbildet, entweder durch ein formschlüssiges Anliegen des Verbindungsbauteils mit seiner Außenmantelfläche an der Innenmantelfläche des Durchgangs direkt, ggf. unterstützt durch die adhäsive Wirkung der verwendeten Epoxidharz-Vergussmasse, oder durch Verwendung von Dichtelementen, wie Außendichtringe, O-Ringe oder dergleichen erreicht.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Grundkörper umhüllungsfrei und/oder gehäusefrei ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind drei Stromschienen, insbesondere drei Paare von Stromschienen vorgesehen. Dabei können insbesondere drei Eingangsanschlüsse vorgesehen sein, von denen jeder mit einem Paar von Stromschienen elektrisch verbunden ist; und es können drei Paare von Ausgangsanschlüssen vorgesehen sein.
Ein solches Verbindungsbauteil ist besonders gut für Elektromobilitätsanwendungen geeignet, bei der z. B. das erste elektrische Element als Leistungselektronik und das zweite elektrische Element als Elektromotor ausgebildet sind. Die drei Eingangsanschlüsse, die zur Verbindung mit der Leistungselektronik bestimmt sind, werden in je drei Paare von Stromschienen aufgeteilt. Die drei Ausgangsanschlüsse werden auf eine halbringförmige Endkontur gebracht und mit den Statorwicklungen des Elektromotors verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt die Epoxidharz-Vergussmasse klebend an den zwischen den Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen gelegenen Bereichen der Stromschienen, an und dichtet diese so ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Epoxidharz-Vergussmasse um ein mineralisch gefülltes Elektro-Gießharz auf Basis von Epoxidharzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die Epoxidharz-Vergussmasse wenigstens eine der folgenden Eigenschaften:

der Temperatureinsatzbereich der Epoxidharz-Vergussmasse umfasst - 40 - 200 °C;
die Shore-Härte der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 70;
die Zugfestigkeit der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 40 N/mm²; und das E-Modul der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 5000 N/mm².

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Stromschienen Kupfer oder Aluminium auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper eine im Wesentliche längliche quaderartige Grundgestalt auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, insbesondere mit abgerundeten Ecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist nimmt die Breite und/oder Dicke des Grundkörpers zu seinem Ausgangsanschluss-seitigen Ende hin, insbesondere stufenartig zu.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ausgangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers als eine Stirnfläche des Grundkörpers ausgebildet und die Ausgangsanschlüsse der Stromschienen stehen aus dieser heraus, und können insbesondere als Hairpins ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Eingangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers als eine gegenüberliegende Stirnfläche des Grundkörpers ausgebildet ist, und die Eingangsanschlüsse der Stromschienen stehen aus dieser heraus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Eingangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers als eine Mantelfläche, insbesondere als ein beabstandet von der ersten Stirnfläche des Grundkörpers gelegener Bereich der Oberseite des Grundkörpers ausgebildet, und die Eingangsanschlüsse sind als in der Ebene der Mantelfläche, insbesondere der Oberseite oder in einer dazu beabstandeten Ebene angeordnete Eingangs-Anschlusskontakte ausgebildet.
Die Eingangs-Anschlusskontakte können dabei insbesondere in Längsrichtung des Grundkörpers hintereinander angeordnet sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des elektrischen Systems entspricht die Kontur der Außenmantelfläche des Grundkörpers des Verbindungsbauteils wenigstens über einen Teilbereich der Länge des Grundkörpers gesehen der Gegenkontur der Innenfläche des Durchgangs.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann, wie schon erwähnt, ein Dichtelement wie ein Außendichtring oder ein O-Ring zwischen der Außenmantelfläche des Grundkörpers und der Gegenkontur, nämlich der Innenfläche des Durchgangs angeordnet sein und somit für eine mediendichte Abtrennung der zwei Bauräume voneinander sorgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Systems weist der Durchgang einen flacheren/schmäleren Vorderabschnitt und einen höheren/breiteren hinteren Abschnitt auf. Analog dazu weist der Grundkörper des Verbindungsbauteils einen flacheren/schmäleren Vorderbereich und einen höheren/breiteren hinteren Bereich auf.
Der Grundkörper kann über den gesamten Umfang der Außenmantelfläche seines flacheren/schmäleren Vorderbereichs an der Innenfläche des flacheren/schmäleren Vorderabschnitts des Durchgangs und über den gesamten Umfang der Außenmantelfläche seines höheren/breiteren hinteren Bereichs an der Innenfläche des höheren/breiteren hinteren Abschnitt des Durchgangs dichtend anliegen und so den ersten Bauraum mediendicht von dem zweiten Bauraum abtrennen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Systems ist das Verbindungsbauteil an dem Durchgang befestigt, insbesondere an diesem angeschraubt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verbindungsbauteils der hier beschriebenen Art mit den folgenden Schritten:

Bereitstellen einer mehrteiligen Kavität mit insbesondere beschichteten Formgebungsflächen, welche die Gestalt des Grundkörpers des herzustellenden Verbindungsbauteils definieren;
Positionieren von wenigstens zwei Stromschienen, die insbesondere als Schweißbaugruppen ausgeführt sind, in der geöffneten Kavität und Fixieren der Positionen der wenigstens zwei Stromschienen in der geöffneten Kavität, insbesondere durch Verschrauben mit wenigstens einem Teil der mehrteiligen Kavität;
Schließen der Kavität derart, dass die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse der wenigstens zwei Stromschienen aus der Kavität herausstehen, die Bereiche dazwischen aber von der Kavität umschlossen sind;
ggf. Vorwärmen der Kavität;
Einbringen einer dosierten Menge an Epoxidharz-Vergussmasse in die Kavität unter Athmosphärendruck oder geringer, sodass die wenigstens zwei Stromschienen so von der Epoxidharz-Vergussmasse umhüllt werden, dass die Epoxidharz-Vergussmasse einen Grundkörper des Verbindungsbauteils ausbildet, und die Eingangsanschlüsse der Stromschienen an einer ersten Außenseite des Grundkörpers und die Ausgangsanschlüsse der Stromschienen an einer zweiten Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind;
Aushärtenlassen der Epoxidharz-Vergussmasse in der Kavität; und
Öffnen der Kavität und Entnehmen des Verbindungsbauteils.

Durch das Einbringen einer dosierten Menge an Epoxidharz-Vergussmasse in die Kavität, die genau so gewählt ist, dass sie die Kavität unter Umhüllung der wenigstens zwei Stromschienen vollständig ausfüllt, wird ein Verbindungsbauteil mit einem durch diese Epoxidharz-Vergussmasse - nach Aushärtung - definiertem Grundkörper geschaffen, dessen Außenkontur genau der Innenkontur der mehrteiligen Kavität entspricht.
Es können somit Verbindungsbauteile mit Grundkörpern von beliebiger, auch komplexer Außenkontur geschaffen werden, unter Verwendung von entsprechend dafür angepassten Kavitäten. Durch das Einbringen der Epoxidharz-Vergussmasse unter Atmosphärendruck oder geringer wird sichergestellt, dass der Grundkörper der Epoxidharz-Vergussmasse keine in Form von Lunkern ausgebildetn oder durch Schrumpfungen entstandene Fehlstellen, z. B. in der Außenkontur, hat, die üblicherweise beim Erkaltenlassen einer unter hohem Druck und hoher Temperatur eingebrachten Epoxidharz-Vergussmasse entstehen würden.
Im Gegensatz zu denkbaren Verbindungsbauteilen, bei denen ein Einbringen von Epoxidharz in eine separates, z. B. durch Spritzguss hergestelltes Kunststoffbehältnis erfolgt, wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die Epoxidharz-Vergussmasse direkt in die mehrteilige Kavität eingebracht, und die Innenform der Kavität bestimmt die Außenform und die Außenkontur des Grundkörpers des erfindungsgemäßen Verbindungsbauteils.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die mehrteilige Kavität vor dem Einbringen, insbesondere Einspritzen der dosierten Menge von Epoxidharz-Vergussmasse auf die Temperatur angewärmt wird, mit der auch die Epoxidharz-Vergussmasse eingespritzt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert:

1 zeigt eine schematische Ansicht schräg von vorne eines Verbindungsbauteils 2 mit einem teilweise aufgeschnitten Schacht 32, in den das Verbindungsbauteil 2 eingesetzt ist und mit einem ersten Bauraum mit Leistungselektronik 28, an die das Verbindungsbauteil 2 mit seinen elektrischen Eingangskontakten 20 angeschlossen ist.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht des in den Schacht 32 eingesetzten Verbindungsbauteils 2 mit teilweise aufgeschnittenem Schacht 32 und mit dem ersten Bauraum mit Leistungselektronik 28, die an die elektrischen Eingangskontakte 20 des Verbindungsbauteils 2 angeschlossen ist.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Verbindungsbauteils 2, das in den Schacht 32 eingesetzt ist, mit teilweise aufgeschnittenem Schacht 32 und mit weggelassener Umhüllung der Stromschienen 24 im rechten Bereich des Verbindungsbauteils 2, mit dem ersten Bauraum 28 mit Leistungselektronik, die an die elektrischen Eingangskontakte 20 des ersten Verbindungsbauteils 2 angeschlossen ist, und mit einem zweiten Bauraum mit Elektromotor 30.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht schräg von vorne des in den Schacht 32 eingesetzten Verbindungsbauteils 2 mit geschlossenem Schacht 32 und mit erstem Bauraum mit Leistungselektronik 28.
5 zeigt eine Draufsicht auf die linke Stirnfläche 18 des Verbindungsbauteils 2 und auf den diesen umgebenden Schacht 32, bei der auch der erste Bauraum mit Leistungselektronik 28 erkennbar ist.

Das Verbindungsbauteil 2 hat einen Grundkörper 4 aus Epoxidharz-Vergussmasse 4 mit einem flacheren und schmaleren, in 1 rechts angeordneten Vorderbereich 6 und mit einem höheren und breiteren, in 1 links angeordneten hinterem Bereich. In beiden Bereichen 6 und 8 hat der Grundkörper 4 eine im Wesentlichen längliche, quaderartige Grundgestalt mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Im höheren und breiteren hinteren Bereich 8 sind zudem die Längskanten abgerundet ausgebildet. Die Breite und Dicke des Grundkörpers 4 nimmt somit von seinem rechten Eingangs-anschlussseitigen Ende zu seinem linken Ausgangs-anschlussseitigen Ende hin stufenartig zu.
Der Grundkörper hat in seinem Vorderbereich 6 und in seinem hinteren Bereich 8 jeweils eine Oberseite 12, eine Unterseite 14 und linke und rechte Seitenflächen 16, die zusammen eine Mantelfläche bilden.
Die in der Darstellung der 1 schräg nach vorne gewandte Endseite des Grundkörpers 4 bildet eine in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckungsrichtung gelegene Stirnfläche 18. Analog dazu ist die in 1 nicht zu sehende gegenüberliegende Endfläche des Grundkörpers 4, insbesondere Endfläche des flacheren Vorderbereichs 6 ebenfalls als in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckungsrichtung gelegene Stirnfläche ausgebildet.
Auf der Oberseite 12 des flacheren Vorderbereichs 6 sind nahe von deren Endfläche drei elektrische Eingangskontakte 20 vorhanden, die nach oben hin aus der Epoxidharz-Vergussmasse des Grundkörpers 4 herausragen, siehe 2 und 3, und die mit entsprechenden Anschlusskontakten eines Anschlussstücks der Leistungselektronik 28 verbunden sind.
Aus der Stirnfläche 18, insbesondere in Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 4, heraus erstrecken sich drei elektrische Ausgangsanschlüsse 22, die zur elektrischen Verbindung mit einem Elektromotor in einem zweiten Bauraum 30 bestimmt sind, siehe hierzu 3.
Des Weiteren verfügt das Verbindungsbauteil 2 über einen O-Dichtungsring bzw. O-Ring 10, der den hinteren Bereich 8 des Grundkörpers 4 um seine Mantelfäche herum umgibt und der einen evtl. vorhandenen Zwischenraum zwischen der Mantelfäche des hinteren Bereichs 8 und der Innenfläche des Schachts 32 abdichtet. Dieser Zwischenraum ist in 2 durch schräge Striche visualisiert.
In 1 ist der Schacht 32 zu einer Seite hin aufgeschnitten dargestellt, um einen Blick auf das Verbindungsbauteil 2 zu ermöglichen. Im tatsächlichen betriebsmäßigen Zustand umgibt der Schacht 32 das Verbindungsbauteil 2 nach oben, nach unten, nach links und nach rechts, wie dies in 4 gezeigt ist.
Die Form des Schachts 32 ist in 2 gut zu erkennen. Der Schacht 32 hat einen flacheren und schmaleren Vorderabschnitt 34 (in 2 rechts angeordnet) und einen höheren und breiteren hinteren Abschnitt 36 (in 2 links angeordnet). Der flachere und schmalere Vorderbereich 6 des Grundkörpers 4 des Verbindungsbauteils 2 ist innerhalb des flacheren und schmaleren vorderen Abschnitts 34 des Schachts 32 angeordnet und liegt insbesondere mit seiner Mantelfläche, also seiner Oberseite 12, seiner Unterseite 14 und seinen Seitenflächen 16 an den entsprechenden Innenflächen des Vorderabschnitts 34 des Schachts 32 an. Dadurch wird, ggf. in Zusammenwirkung mit einer adhäsiven Wirkung der Mantelfläche des Grundkörpers 4 aus Epoxidharz-Vergussmasse eine mediendichte Abdichtung zwischen den zwei Bauräumen 28 und 30 erreicht.
Die elektrischen Eingangskontakte 20 erstrecken sich durch entsprechende Aussparungen in der Oberseite des Schachts 32 zu dem Anschlussstück der Leistungselektronik 28.
Der Grundkörper 4 des Verbindungsbauteil 2 liegt mit seiner Stufe zwischen dem hinteren Bereich 8 und dem flacheren Vorderbereich 6 an der Stufe des Schachts 32 zwischen dessen Vorderabschnitt 34 und dessen hinteren Abschnitt 36 an.
In 2 ist gut zu erkennen, dass ein Zwischenraum zwischen der Unterseite 14 des hinteren Bereichs 8 des Grundkörpers 4 und der Bodenfläche des Schachts 32 in dessen hinterem Abschnitts 36 und ebenso ein Zwischenraum zwischen der Oberseite 12 des hinteren Bereichs 8 des Grundkörpers 4 und der unteren Dachfläche des Schachts 32 in dessen hinterem Abschnitt 36 vorhanden ist.
Entsprechende Zwischenräume können auch zwischen den Seitenflächen 16 des hinteren Bereichs 8 des Grundkörpers 4 und den inneren Seitenflächen des Schachts 32 in dessen hinterem Abschnitt 36 vorhanden sein.
Zur mediendichten Abdichtung der zwei Bauräume voneinander, also des ersten Bauraums mit Leistungselektronik 28 und des zweiten Bauraums mit Elektromotor 30 ist daher der O-Ring 10 vorgesehen, der die Oberseite 12, die Unterseite 14 und die Seitenflächen 16 des hinteren Bereichs 8 des Grundkörpers 4 umschließt und jeweils an der Bodenfläche, den Seitenflächen und der unteren Dachfläche des Schachts 32 in dessen hinterem Abschnitt 36 anliegt und so ebenfalls für eine mediendichte Abdichtung der zwei Bauräume 28 und 30 voneinander sorgt.
Der zweite Bauraum mit Elektromotor 30 ist links vom Schacht 32 gesehen, also auf der Seite der Stirnfläche 28 und der elektrischen Ausgangsanschlüsse 22 angeordnet, wie dies in 3 gezeigt ist. Der erste Bauraum mit Leistungselektronik 28 ist rechts und oberhalb des Schachts 32 angeordnet. Diese beiden Bauräume 28 und 30 können zusätzlich durch eine Wand voneinander getrennt sein, die man sich links von der Darstellung des ersten Bauraums mit Leistungselektronik 28 und von dem Schacht 32, insbesondere von dessen hinterem Abschnitt 36 nach oben verlaufend vorstellen kann.
Das Verbindungsbauteil 2, das wie gezeigt in den Schacht 32 eingebracht ist, die Leistungselektronik in dem ersten Bauraum 28, die mit den elektrischen Eingangskontakten 20 des Verbindungsbauteils 2 verbunden ist, und der Elektromotor (nicht gezeigt) in dem zweiten Bauraum 30, der mit den elektrischen Ausgangsanschlüssen 22 des Verbindungsbauteils 2 verbunden ist, bilden ein elektrisches System.
Der Grundkörper 4 ist umhüllungs- und gehäusefrei ausgebildet. Die Außenkontur des Grundkörpers 4 wird durch die Epoxidharz-Vergussmasse gebildet. Durch das abdichtende Anliegen des Vorderbereichs 6 gegenüber dem flacheren und schmaleren Vorderabschnitt 34 des Schachts 32 und durch das abdichtende Anliegen des hinteren Bereichs 8 mit dessen O-Ring 10 gegenüber dem hinteren Abschnitt 36 des Schachts 32, ist eine mediendichte Abtrennung der beiden Bauräume 28 und 30 voneinander sichergestellt.
Die Stromschienen 24 kleben an den zwischen den Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22 gelegenen inneren Bereichen der Grundkörpers 4. Somit sind die Stromschienen 24 nach innen abgedichtet.
Bei der Epoxidharz-Vergussmasse des Grundkörpers 4 handelt es sich um ein mineralisch gefülltes Elektro-Gießharz auf Basis von Epoxidharzen. Diese Epoxidharz-Vergussmasse hat wenigstens eine der folgenden, insbesondere alle folgenden Eigenschaften:

Der Temperatureinsatzbereich der Epoxidharz-Vergussmasse umfasst -40 - 200 °C.
Die Shore-Härte der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 70.
Die Zugfestigkeit der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 40 N/mm².
Das E-Modul der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 5000 N/mm².

Als Beispiele für eine solche Epoxidharz-Vergussmasse sind Wevo: WevoPox 34020 / WevoDur 5001 und Elantas: MC623 / W360 zu nennen.
Das Verbindungsbauteil 2 ist wie folgt hergestellt worden. Zunächst ist eine mehrteilige Kavität mit insbesondere beschichteten Formgebungsflächen bereitgestellt worden, welche die Gestalt des Grundkörpers 4 des Verbindungsbauteils 2 definieren. Danach sind die drei Stromschienen 24, die als Schweißbaugruppen ausführt werden können, in der geöffneten Kavität positionert und fixiert worden, insbesondere durch Verschrauben mit wenigstens einem Teil der mehrteiligen Kavität. Anschließend ist die Kavität so geschlossen worden, dass die Eingangsanschlüsse 20 und die Ausgangsanschlüsse 22 der drei Stromschienen 24 aus der Kavität herausstehen und die Bereiche dazwischen von der Kavität umschlossen sind. Die Kavität kann dabei insbesondere auf die Temperatur der einzubringenden Epoxidharz-Vergussmasse vorgewärmt worden sein. Dann wird eine dosierte Menge an Epoxidharz-Vergussmasse in die Kavität eingebracht, insbesondere eingespritzt und zwar unter Atmosphärendruck oder geringer, sodass die drei Stromschienen 24 so von der Epoxidharz-Vergussmasse umhüllt werden, dass die Epoxidharz-Vergussmasse den Grundkörper 4 des Verbindungsbauteils 2 ausbildet, und die Eingangsanschlüsse 20 an der Oberseite 12 des flachen Bereichs 6, der eine erste Außenseite des Grundkörpers 4 bildet, aus der Epoxidharz-Vergussmasse herausstehen, und die Ausgangsanschlüsse 22 an der Stirnseite 18 des Grundkörpers 4 angeordnet sind und aus der Epoxidharz-Vergussmasse herausstehen. Dann lässt man die Epoxidharz-Vergussmasse in der Kavität aushärten. Schließlich öffnet man die Kavität und entnimmt das Verbindungsbauteil 2.
Für weitere Vorteile und Einzelheiten wird auf den allgemeinen Beschreibungsteil verwiesen.
Bezugszeichenliste

2: Verbindungsbauteil
4: Grundkörper aus Epoxidharz-Vergussmasse
6: flacher Vorderbereich
8: höherer hinterer Bereich
10: O-Ring
12: Oberseite
14: Unterseite
16: Seitenflächen
18: Stirnfläche
20: elektrische Eingangskontakte
22: elektrische Ausgangsanschlüsse
24: Stromschienen
26: elektrisches System
28: erster Bauraum mit Leistungselektronik
30: zweiter Bauraum mit Elektromotor
32: Schacht
34: schmalerer Vorderabschnitt
36: höherer hinterer Abschnitt

Claims

Verbindungsbauteil (2) zur elektrischen Verbindung eines ersten elektrischen Elements, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor, und zur mediendichten Isolierung des ersten Bauraums des ersten elektrischen Elements (28) gegenüber dem zweiten Bauraum des zweiten elektrischen Elements (30), aufweisend wenigstens zwei Stromschienen (24), von denen jede einen Eingangsanschluss (20) zum Anschluss an das erste elektrische Element und einen Ausgangsanschluss (22) zum Anschluss an das zweite elektrische Element aufweist; wobei die wenigstens zwei Stromschienen (24) so in eine ausgehärtete Epoxidharz-Vergussmasse eingegossen und von dieser umhüllt sind, dass die Epoxidharz-Vergussmasse einen Grundkörper (4) des Verbindungsbauteils (2) ausbildet; wobei die Eingangsanschlüsse (20) der Stromschienen (24) an einer ersten Außenseite des Grundkörpers und die Ausgangsanschlüsse (22) der Stromschienen (24) an einer zweiten Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind; und wobei eine Außenmantelfläche des Grundkörpers (4) die Außenkontur des Verbindungsbauteils (2) bildet und zur mediendichten Anlage an einer Gegenkontur (32) zwischen dem ersten Bauraum (28) und dem zweiten Bauraum (30) ausgebildet ist.
Verbindungsbauteil (2) nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (4) umhüllungsfrei und/oder gehäusefrei ausgebildet ist.
Verbindungsbauteil (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei drei Stromschienen (24), insbesondere drei Paare von Stromschienen (24) vorgesehen sind; wobei insbesondere drei Eingangsanschlüsse (20) vorgesehen sind, von denen jeder mit einem Paar von Stromschienen (24) elektrisch verbunden ist; und wobei insbesondere drei Paare von Ausgangsanschlüssen (22) vorgesehen sind.
Verbindungsbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Epoxidharz-Vergussmasse klebend an den zwischen den Eingangsanschlüssen (20) und Ausgangsanschlüssen (22) gelegenen Bereichen der Stromschienen (24), anliegt und diese so abdichtet.
Verbindungsbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Epoxidharz-Vergussmasse um ein mineralisch gefülltes Elektro-Gießharz auf Basis von Epoxidharzen handelt; und/oder wobei die Epoxidharz-Vergussmasse wenigstens eine der folgenden Eigenschaften hat: der Temperatureinsatzbereich der Epoxidharz-Vergussmasse umfasst - 40 - 200 °C; die Shore-Härte der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 70; die Zugfestigkeit der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 40 N/mm²; und das E-Modul der Epoxidharz-Vergussmasse ist größer als 5000 N/mm².
Verbindungsbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (4) eine im Wesentliche längliche quaderartige Grundgestalt aufweist; und/oder wobei der Grundkörper (4) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, insbesondere mit abgerundeten Ecken aufweist; wobei die Breite und/oder Dicke des Grundkörpers (4) zu seinem Ausgangsanschluss-seitigen Ende hin, insbesondere stufenartig zunimmt.
Verbindungsbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers (4) als eine Stirnfläche (18) des Grundkörpers (4) ausgebildet ist und die Ausgangsanschlüsse (22) der Stromschienen (24) aus dieser herausstehen und/oder als Hairpins ausgebildet sind; wobei die Eingangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers (4) als eine gegenüberliegende Stirnfläche des Grundkörpers (4) ausgebildet ist, und die Eingangsanschlüsse (20) der Stromschienen (24) aus dieser herausstehen; oder wobei die Eingangsanschluss-seitige Außenseite des Grundkörpers (4) als eine Mantelfläche, insbesondere als ein beabstandet von der ersten Stirnfläche des Grundkörpers gelegener Bereich der Oberseite (12) des Grundkörpers (4) ausgebildet ist, und die Eingangsanschlüsse (20) als in der Ebene der Mantelfläche, insbesondere der Oberseite (12) oder in einer dazu beabstandeten Ebene angeordnete Eingangs-Anschlusskontakte (20) ausgebildet sind; und wobei die Eingangs-Anschlusskontakte (20) insbesondere in Längsrichtung des Grundkörpers (4) hintereinander angeordnet sind.
Elektrisches System mit einem ersten elektrischen Element, insbesondere einer Leistungselektronik, mit einem zweiten elektrischen Element, insbesondere einem Elektromotor, und mit einem Verbindungsbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei das erste elektrische Element in einem ersten Bauraum (28) und das zweite elektrische Element in einem zweiten Bauraum (30) angeordnet sind, die voneinander z. B. durch eine Wandung abgetrennt sind; wobei das Verbindungsbauteil (2) so in einem Durchgang (32), insbesondere einem Schacht, zwischen dem ersten Bauraum (28) und dem zweiten Bauraum (30) angeordnet ist, dass es über den gesamten Umfang seiner Außenmantelfläche an der Innenfläche des Durchgangs (32), die einen Gegenkontur ausbildet, dichtend anliegt und so den ersten Bauraum (28) mediendicht von dem zweiten Bauraum (30) abtrennt; und wobei das erste elektrische Element mit den Eingangsanschlüssen (20) der Stromschienen (24) des Verbindungsbauteils (2) und das zweite elektrische Element mit den Ausgangsanschlüssen (22) der Stromschienen (24) des Verbindungsbauteils (2) elektrisch verbunden sind.
Elektrisches System nach Anspruch 8, wobei die Kontur der Außenmantelfläche des Grundkörpers (4) des Verbindungsbauteils (2) wenigstens über einen Teilbereich der Länge des Grundkörpers (4) gesehen der Gegenkontur der Innenfläche des Durchgangs (32) entspricht.
Elektrisches System nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Durchgang (32) einen flacheren/schmäleren Vorderabschnitt (34) und einen höheren/breiteren hinteren Abschnitt (36) aufweist; und wobei der Grundkörper (4) des Verbindungsbauteils (2) einen flacheren/schmäleren Vorderbereich (6) und einen höheren/breiteren hinteren Bereich (8) aufweist; wobei der Grundkörper (4) über den gesamten Umfang der Außenmantelfläche seines flacheren/schmäleren Vorderbereichs (6) an der Innenfläche des flacheren/schmäleren Vorderabschnitts (34) des Durchgangs (32) und über den gesamten Umfang der Außenmantelfläche seines höheren/breiteren hinteren Bereichs (8) an der Innenfläche des höheren/breiteren hinteren Abschnitt (36) des Durchgangs (32) dichtend anliegt und so den ersten Bauraum (28) mediendicht von dem zweiten Bauraum (30) abtrennt.
Elektrisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verbindungsbauteil (2) an dem Durchgang (32) befestigt, insbesondere an diesem angeschraubt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsbauteils (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer mehrteiligen Kavität mit insbesondere beschichteten Formgebungsflächen, welche die Gestalt des Grundkörpers (4) des herzustellenden Verbindungsbauteils (2) definieren; Positionieren von wenigstens zwei Stromschienen (24), die insbesondere als Schweißbaugruppen ausgeführt sind, in der geöffneten Kavität und Fixieren der Positionen der wenigstens zwei Stromschienen (24) in der geöffneten Kavität, insbesondere durch Verschrauben mit wenigstens einem Teil der mehrteiligen Kavität; Schließen der Kavität derart, dass die Eingangsanschlüsse (20) und die Ausgangsanschlüsse (22) der wenigstens zwei Stromschienen (24) aus der Kavität herausstehen, die Bereiche dazwischen aber von der Kavität umschlossen sind; ggf. Vorwärmen der Kavität; Einbringen einer dosierten Menge an Epoxidharz-Vergussmasse in die Kavität unter Athmosphärendruck oder geringer, sodass die wenigstens zwei Stromschienen (24) so von der Epoxidharz-Vergussmasse umhüllt werden, dass die Epoxidharz-Vergussmasse einen Grundkörper (4) des Verbindungsbauteils (2) ausbildet, und die Eingangsanschlüsse (20) der Stromschienen (24) an einer ersten Außenseite des Grundkörpers (4) und die Ausgangsanschlüsse (22) der Stromschienen (24) an einer zweiten Außenseite des Grundkörpers (4) angeordnet sind; Aushärtenlassen der Epoxidharz-Vergussmasse in der Kavität; und Öffnen der Kavität und Entnehmen des Verbindungsbauteils (2).