DE102020201418A1

DE102020201418A1 - Elektrisches Kontaktiermodul, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls

Info

Publication number: DE102020201418A1
Application number: DE102020201418.3A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Schochow; Oliver Rang; Frank Hesse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktiermodul (1) zum elektrischen Koppeln eines Stators (2) einer Elektromaschine (3) eines Kraftfahrzeugs (4) mit einer Leistungselektronik (5) zum Betreiben der Elektromaschine (3), aufweisend einen Modulgrundkörper (6) aus einem elektrisch isolierenden elastischen Material sowie eine Stromschiene (7) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die Stromschiene (7) vom Modulgrundkörper (6) derart umspritzt ist, dass der Modulgrundkörper (6) die Stromschiene (7) vollumfänglich dichtend umschließt. Der Modulgrundkörper (6) weist einen Dichtungsabschnitt (8) zur dichtenden Anordnung an einem Systemgehäuse (9) der Elektromaschine auf. Der Modulgrundkörper (6) weist eine Versteifungsvorrichtung (10) aus einem Versteifungsmaterial zur Erhöhung einer Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls (1) auf, wobei die Versteifungsvorrichtung (10) vom elastischen Material vollständig oder zumindest teilweise umspritzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (4) und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktiermodul zum elektrischen Koppeln eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen elektrischen Kontaktiermodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls.
Zur elektrischen Kopplung einer Leistungselektronik, wie beispielsweise eines Pulswechselrichters, mit einem Stator einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs werden häufig elektrische Kontaktiermodule verwendet. Elektrische Kontaktiermodule weisen Stromschienen auf, welche mit dem Stator sowie der Leistungselektronik elektrisch gekoppelt sind. Eine derartige elektrische Kopplung wird beispielsweise durch Schrauben, Schweißen, Stecken, Crimpen oder dergleichen hergestellt. Über einen Modulgrundkörper des elektrischen Kontaktiermoduls sind die Stromschienen an einem Systemgehäuse der Leistungselektronik oder der Elektromaschine befestigbar.
Zur verbesserten Kühlung des Stators werden moderne Elektromaschinen oftmals nass betrieben. Das bedeutet, dass zum Kühlen des Stators, insbesondere von Wickelköpfen des Stators, eine Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Öl, in einen Statorinnenraum eingebracht wird. Insbesondere durch die Rotation eines Rotors der Elektromaschine sowie durch Fahrbewegungen des Kraftfahrzeugs ist die Kühlflüssigkeit im Statorinnenraum derart aufwirbelbar, dass diese gegen das am Statorinnenraum angeordnete elektrische Kontaktiermodul spritzt. Um ein Beaufschlagen der Leistungselektronik mit Kühlmittel durch Spritzen, Kriechen oder dergleichen zu vermeiden, ist daher eine gute Abdichtung der Leistungselektronik zum Statorinnenraum mittels der elektrischen Koppelvorrichtung bereitzustellen. Hierbei sind insbesondere Abdichtungen von Trennfugen zwischen dem Modulgrundkörper und dem Systemgehäuse sowie zwischen dem Modulgrundkörper und den Stromschienen zu berücksichtigen.
Aus der DE 102018 109 407 A1 ist ein elektrisches Kontaktiermodul für elektrifizierte Kraftfahrzeuge bekannt. Das elektrische Kontaktiermodul weist mehrere Stromschienen und ein Gehäuse auf, welches um die Stromschienen umspritzt ist. Ferner ist in dem Gehäuse eine Nut zur Aufnahme einer separaten, als O-Ring ausgebildeten Dichtungsvorrichtung ausgebildet.
Die DE 10 2017 113 992 A1 offenbart ein elektrisches Kontaktiermodul bei welchem mehrere Stromschienen von einem Isolationskörper umspritzt sind. Als Materialien für den Isolationskörper sind Gießharze auf der Basis von Polyester, Epoxid und Polyurethan offenbart. Zudem sind Füllstoffe zur Erhöhung der Stabilität, wie beispielsweise Quarz oder Glasfasern vorgesehen. Eine zusätzliche Dichtung aus einem Elastomer ist an den Isolationskörper angespritzt oder in den Isolationskörper eingelegt.
Derartige Vorrichtungen haben allesamt den Nachteil, dass aufgrund von Schwingungen im Übergang zwischen den Sammelschienen und dem Gehäuse Risse entstehen können, durch welche Fluid durchdringen und somit eine Elektronik beschädigen kann. Überdies ist das Einlegen bzw. Anspritzen einer separaten Dichtung sehr aufwendig und führt somit zu erhöhten Herstellungskosten.
Aus der DE 10 2013 103 116 B3 ist eine Möglichkeit zur Vermeidung einer solchen Rissbildung bekannt. Offenbart ist ein Leistungshalbleitermodul, bei welchem Stromschienen mit einer Elastomerdichtung umspritzt sind. Die Elastomerdichtungen sind in Ausnehmungen eines Gehäuses eingesetzt.
Nachteil hierbei ist insbesondere der verhältnismäßig aufwendige Herstellungsprozess des Leistungshalbleitermoduls. Zudem ist eine maximale Druckkraft zwischen den Elastomerdichtungen und dem Gehäuse durch die Geometrien der Bauteile bereits vorgegeben, sodass eine spätere Anpassung der Druckkraft nicht möglich ist. Ferner müssen die Elastomerdichtungen eine Abdichtung sowohl zu den Stromschienen als auch zu dem Gehäuse herstellen, sodass die Zahl der potenziellen Leckagen besonders hoch ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem elektrischen Kontaktiermodul für ein Kraftfahrzeug, einem Kraftfahrzeug und einem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Kontaktiermodul, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine elektrische Kopplung zwischen Leistungselektronik und Stator bereitstellen und eine zuverlässige Abdichtung der Leistungselektronik zum Stator bereitstellen.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein elektrisches Kontaktiermodul zum elektrischen Koppeln eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisches Kontaktiermodul zum elektrischen Koppeln eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine gelöst. Das elektrische Kontaktiermodul weist einen Modulgrundkörper aus einem elektrisch isolierenden elastischen Material sowie eine Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material auf. Die Stromschiene ist vom Modulgrundkörper derart umspritzt, dass der Modulgrundkörper die Stromschiene vollumfänglich dichtend umschließt. Der Modulgrundkörper weist einen Dichtungsabschnitt zur dichtenden Anordnung an einem Systemgehäuse der Elektromaschine auf. Erfindungsgemäß weist der Modulgrundkörper eine Versteifungsvorrichtung aus einem Versteifungsmaterial zur Erhöhung einer Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls auf, wobei die Versteifungsvorrichtung vom elastischen Material vollständig oder zumindest teilweise umspritzt ist.
Der Modulgrundkörper ist zur Aufnahme sowie zum Halten der Stromschiene und der Versteifungsvorrichtung ausgebildet. Der Modulgrundkörper weist das elektrisch isolierende elastische Material auf und ist somit ausgebildet, die Stromschiene gegenüber anderen Komponenten des elektrischen Kontaktiermoduls, wie beispielsweise einer weiteren Stromschiene oder dergleichen, elektrisch zu isolieren. Die Elastizität des elastischen Materials ist derart, dass eine zuverlässige Dichtwirkung zur Stromschiene sowie zum Systemgehäuse gewährleistet ist, um ein Kriechen eines Kühlmittels durch die jeweilige Trennfuge zu vermeiden. Als elastisches Material ist ein Elastomer, wie beispielsweise Vulkanisate von Naturkautschuk, insbesondere Gummi, Silikonkautschuk oder dergleichen, bevorzugt. Der Modulgrundkörper ist vorzugsweise wandelementartig ausgebildet. Unter einer wandelementartigen Ausbildung wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise verstanden, dass ein Ausschnitt einer Gehäusewand hiermit abdeckbar ist. Hierzu zählen beispielsweise ein Deckel bzw. ein Deckelsegment, ein Boden bzw. ein Bodensegment oder eine Seitenwand bzw. ein Seitenwandsegment oder eine Kombination hiervon.
Ferner weist der Modulgrundkörper den Dichtungsabschnitt auf. Der Dichtungsabschnitt ist ausgebildet, eine Abdichtung zwischen dem Modulgrundkörper und dem Systemgehäuse herzustellen. Der Dichtungsabschnitt ist vorzugsweise lippenförmig ausgebildet, um eine besonders vorteilhafte Abdichtung zu erzielen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsabschnitt hierfür mehrere, insbesondere umlaufende, Dichtlippen aufweist. Der Dichtungsabschnitt ist beispielsweise an den Modulgrundkörper angespritzt. Hierfür weist der Modulgrundkörper vorzugsweise eine Nut oder dergleichen auf, in welcher ein Teil des Dichtungsabschnitts angeordnet ist. Weiter bevorzugt weist der Dichtungsabschnitt das elastische Material des Modulgrundkörpers oder ein Material mit ähnlichen elastischen Eigenschaften auf. Der Dichtungsabschnitt ist vorzugsweise derart am Modulgrundkörper angeordnet, dass beim Zusammenfügen des elastischen Kontaktiermoduls mit dem Systemgehäuse in eine Fügerichtung eine radiale Dichtung zwischen Kontaktiermodul und Systemgehäuse bereitgestellt ist. Bei einer radialen Dichtung wirkt eine Druckkraft auf den Dichtungsabschnitt quer, vorzugsweise 90°, zur Fügerichtung. Alternativ ist der Dichtungsabschnitt derart am Modulgrundkörper angeordnet, dass beim Zusammenfügen des elastischen Kontaktiermoduls mit dem Systemgehäuse in die Fügerichtung eine axiale Dichtung zwischen Kontaktiermodul und Systemgehäuse bereitgestellt ist. Bei einer axialen Dichtung wirkt die Druckkraft auf den Dichtungsabschnitt parallel zur Fügerichtung.
Vorzugsweise weist das elektrische Kontaktiermodul drei bzw. mindestens drei Stromschienen auf, welche zueinander elektrisch isoliert sind. Diese elektrische Isolierung ist vorzugsweise mittels des Modulgrundkörpers hergestellt. Die Stromschiene weist ein elektrisch leitendes Material auf oder ist aus einem elektrisch leitenden Material gebildet. Unter einem elektrisch leitenden Material wird im Rahmen der Erfindung ein Material verstanden, welches eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dergleichen. Die Stromschiene bzw. Stromschienen sind vom elastischem Material derart umspritzt, dass diese vom elastischen Material gehalten sind.
Das Systemgehäuse kann beispielsweise als Motorgehäuse der Elektromaschine und/oder als Leistungselektronikgehäuse einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine ausgebildet sein. Das Systemgehäuse kann erfindungsgemäß auch als Kombination aus einem Motorgehäuse und einem Leistungselektronikgehäuse ausgebildet sein. Das elektrische Kontaktiermodul ist zur Anordnung zwischen der Leistungselektronik und dem Stator der Elektromaschine ausgebildet. Ferner ist das elektrische Kontaktiermodul ausgebildet, die Leistungselektronik mit dem Stator elektrisch zu koppeln sowie einen Statorinnenraum zur Leistungselektronik hin abzudichten. Vorzugsweise ist das elektrische Kontaktiermodul ausgebildet, den Statorinnenraum zu einer Umgebung des Stators hin abzudichten.
Die Versteifungsvorrichtung weist das Versteifungsmaterial auf oder ist aus diesem gebildet. Das Versteifungsmaterial weist vorzugsweise ein Metall und/oder einen Kunststoff und/oder einen Faserverbundwerkstoff auf. Unter einem Versteifungsmaterial wird ein Material oder ein Materialverbund verstanden, welcher eine höhere Steifigkeit als das elastische Material aufweist. Somit ist eine Formstabilität des Modulgrundkörpers mittels der Versteifungsvorrichtung gewährleistbar. Die Versteifungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, das Verändern einer relativen Lage der Stromschiene zum Modulgrundkörper im Gegensatz zu einem Modulgrundkörper ohne Versteifungsvorrichtung wesentlich zu erschweren. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass bei einem Modulgrundkörper mit Versteifungsvorrichtung eine maximale Auslenkung wesentlich geringer sowie die zur Auslenkung der Stromschiene erforderliche Kraft wesentlich größer als bei einem Modulgrundkörper ohne Versteifungsvorrichtung ist.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktiermodul hat gegenüber herkömmlichen Kontaktiermodul den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine elektrische Kopplung zwischen Leistungselektronik und Stator herstellbar ist. Durch die Versteifungsvorrichtung ist eine mechanische Anbindung der Stromschienen an den Modulgrundkörper verbessert. Das elastische Material ist besonders vorteilhaft zur Absorption mechanischer Schwingungen ausgebildet. Eine Zusammensetzung sowie makroskopische Ausbildung des elektrischen Kontaktiermoduls, insbesondere des elastischen Materials, ist vorzugsweise auf herkömmliche Betriebsschwingungen der Elektromaschine abgestimmt, sodass eine besonders vorteilhafte Dämpfung dieser Betriebsschwingungen bereitgestellt ist. Ferner ist der Statorinnenraum zur Leistungselektronik hin mittels des Dichtungsabschnitts sowie der Umspritzung der Stromschiene mittels des elastischen Materials leicht abdichtbar, sodass das Risiko einer Beschädigung der Leistungselektronik durch Kühlmittel aus dem Statorinnenraum erheblich reduziert ist. Das elektrische Kontaktiermodul ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem elektrischen Kontaktiermodul vorgesehen sein, dass der Modulgrundkörper und der Dichtungsabschnitt einteilig ausgebildet sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Modulgrundkörper und der Dichtungsabschnitt in einem gemeinsamen Spritzgussprozess hergestellt sind. Somit sind der Modulgrundkörper und der Dichtungsabschnitt formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische Kontaktiermodul mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar ist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Dichtungsabschnitt aus dem elastischen Material gebildet ist. Das bedeutet, dass der Dichtungsabschnitt und der Modulgrundkörper aus demselben Material hergestellt sind. Vorzugsweise sind der Dichtungsabschnitt und der Modulgrundkörper stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Dichtungsabschnitt ist somit als Teilbereich des Modulgrundkörpers ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische Kontaktiermodul mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar ist. Ferner ist bei einer stoffschlüssigen Verbindung die Anzahl der abzudichtenden Trennfugen reduziert.
Weiter bevorzugt weist die Versteifungsvorrichtung mehrere über den Modulgrundkörper verteilte Versteifungselemente auf. Die einzelnen Versteifungselemente können erfindungsgemäß voneinander getrennt oder miteinander verbunden, insbesondere mittels Versteifungselemente, ausgebildet sein. Mehrere Versteifungselemente haben den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise gezielte Bereiche des Modulgrundkörpers versteifbar sind. Eine Verbindung der Versteifungselemente hat zudem den Vorteil, dass die Herstellung des elektrischen Kontaktiermoduls verbessert ist, da die Versteifungselemente nicht einzeln, sondern gemeinsam in der Spritzgussform anordenbar sind. Folglich ist die Zahl der Arbeitsschritte reduzierbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem elektrischen Kontaktiermodul vorgesehen sein, dass ein Versteifungselement im Bereich einer Befestigungsdurchführung zum Befestigen des Modulgrundkörpers an dem Systemgehäuse angeordnet ist. Mittels der Befestigungsdurchführung ist das elektrische Kontaktiermodul am Systemgehäuse fixierbar, beispielsweise mittels einer Schraube, eines Bolzens, eines Niets oder dergleichen. Das Versteifungselement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die Befestigungsdurchführung durch das Versteifungselement erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein verbesserter Halt des elektrischen Kontaktiermoduls am Systemgehäuse herstellbar ist. Durch das an der Befestigungsdurchführung angeordnete Versteifungselement ist das Risiko des Ausreißens der Befestigungsdurchführung reduziert. Ferner sind auf diese Weise Relativbewegungen zwischen Systemgehäuse und Stromschiene reduzierbar.
Vorzugsweise ist ein Versteifungselement durch ein Formschlusselement der Stromschiene gebildet. Hierfür weist die Stromschiene zusätzlich zur Längserstreckung ein seitlich abstehendes Formschlusselement auf. Das Formschlusselement ist vorzugsweise stoffschlüssig mit der Stromschiene verbunden, wie beispielsweise durch Schweißen. Das Formschlusselement ist vorzugsweise gemäß einer Nocke, eines Flügels, einer Abkantung, einer Hinterschneidung, eines Zackens oder dergleichen ausgebildet. Ferner kann das Formschlusselement eine oder mehrere Ausnehmungen bzw. Löcher, insbesondere Durchgangslöcher aufweisen. Die Ausnehmungen bzw. Löcher sind vorzugsweise mit dem elastischen Material des Modulgrundkörpers verfüllt, um eine verbesserte Anbindung der Stromschiene am Modulgrundkörper zu gewährleisten. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Versteifung des Modulgrundkörpers erzielbar ist. Auf diese Weise ist die Versteifungsvorrichtung zusammen mit der Stromschiene in der Spritzgussform anordenbar, sodass die Zahl der erforderlichen Arbeitsschritte weiter reduziert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stromschiene von der Versteifungsvorrichtung vollumfänglich oder teilumfänglich umspritzt. Vorzugsweise sind mehrere oder sämtliche Stromschienen von der Versteifungsvorrichtung umspritzt. Das Versteifungsmaterial ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise ein Thermoplast. Ein Umspritzen der Stromschiene hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Versteifung des elektrischen Kontaktiermoduls bereitgestellt ist.
Besonders bevorzugt ist eine Trennfuge zwischen der Versteifungsvorrichtung und der Stromschiene mit dem ersten Material abgedichtet. Das erste Material ist vorzugsweise auf einem Abschnitt der Stromschiene und der Versteifungsvorrichtung angeordnet, wobei die Trennfuge auf diese Weise vom ersten Material komplett abgedeckt ist. Das erste Material greift vorzugsweise in die Trennfuge ein. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Trennfuge nach außen hin aufgeweitet und mit dem ersten Material ausgefüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Abdichtung der Trennfuge zwischen Stromschiene und Versteifungsvorrichtung erzielt ist, sodass das Risiko des Einkriechens von Kühlmittel aus dem Statorinnenraum in die Trennfuge reduziert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist eine Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine sowie mindestens ein Systemgehäuse zum Umgeben eines Statorinnenraums des Stators und/oder der Leistungselektronik auf. Erfindungsgemäß weist das Systemgehäuse eine Durchführung auf, wobei an der Durchführung ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktiermodul angeordnet ist.
Das Systemgehäuse kann beispielsweise als Motorgehäuse der Elektromaschine und/oder als Leistungselektronikgehäuse der Leistungselektronik ausgebildet sein. Das Systemgehäuse kann erfindungsgemäß auch als Kombination aus dem Motorgehäuse und dem Leistungselektronikgehäuse ausgebildet sein. Das Systemgehäuse weist die Durchführung zwischen Leistungselektronik und Statorinnenraum auf.
Das elektrische Kontaktiermodul ist an der Durchführung derart angeordnet, dass die Durchführung vom elektrischen Kontaktiermodul verschlossen ist. Über das elektrische Kontaktiermodul sind elektrische Kontakte der Leistungselektronik mit elektrischen Kontakten des Stators miteinander elektrisch gekoppelt. Ferner ist der Statorinnenraum zur Leistungselektronik hin mittels des elektrischen Kontaktiermoduls abgedichtet.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem elektrischen Kontaktiermodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine elektrische Kopplung zwischen Leistungselektronik und Stator hergestellt ist. Durch die Versteifungsvorrichtung ist eine mechanische Anbindung der Stromschienen an den Modulgrundkörper verbessert. Das elastische Material ist besonders vorteilhaft zur Absorption mechanischer Schwingungen ausgebildet. Eine Zusammensetzung sowie makroskopische Ausbildung des elektrischen Kontaktiermoduls, insbesondere des elastischen Materials, ist vorzugsweise auf herkömmliche Betriebsschwingungen der Elektromaschine abgestimmt, sodass eine besonders vorteilhafte Dämpfung dieser Betriebsschwingungen bereitgestellt ist.
Ferner ist der Statorinnenraum zur Leistungselektronik hin mittels des Dichtungsabschnitts sowie der Umspritzung der Stromschiene mittels des elastischen Materials derart abgedichtet, dass das Risiko einer Beschädigung der Leistungselektronik durch Kühlmittel aus dem Statorinnenraum erheblich reduziert ist. Das elektrische Kontaktiermodul des Kraftfahrzeugs ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Anordnen der Stromschiene in einer Spritzgussform,
- Anordnen der Versteifungsvorrichtung in der Spritzgussform, und
- Umspritzen eines Abschnitts der Stromschiene sowie der kompletten Versteifungsvorrichtung oder zumindest eines Teilbereichs der Versteifungsvorrichtung mit dem elastischen Material.

Zunächst wird die Stromschiene bereitgestellt und in der Spritzgussform angeordnet. Erfindungsgemäß können auch mehrere, insbesondere drei, Stromschienen in der Spritzgussform angeordnet werden.
Überdies wird die Versteifungsvorrichtung in der Spritzgussform angeordnet. Dies kann vor dem Anordnen der Stromschiene, zusammen mit der Stromschiene oder nach dem Anordnen der Stromschiene in der Spritzgussform erfolgen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Versteifungsvorrichtung zunächst an der Stromschiene angeordnet, beispielsweise angespritzt, angeklemmt, angeschraubt, angenietet, angesintert, angedruckt oder angeschweißt ist. Alternativ kann die Versteifungsvorrichtung zusammen mit der Stromschiene in einem gemeinsamen Herstellungsprozess hergestellt sein. Die Versteifungsvorrichtung wird in diesen Fällen zusammen mit der Stromschiene in der Spritzgussform angeordnet. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass ein Teil der Versteifungsvorrichtung vor der Stromschiene und ein Teil der Versteifungsvorrichtung nach der Stromschiene in der Spritzgussform angeordnet wird.
Schließlich wird der Abschnitt der Stromschiene mit dem elastischen Material umspritzt. Hierbei wird vorzugsweise die komplette Versteifungsvorrichtung vom elastischen Material umspritzt und in dieses eingebettet. Alternativ wird nur ein Teilbereich der Versteifungsvorrichtung vom elastischen Material umspritzt. Hierbei ist es bevorzugt, dass zumindest Trennfugen zwischen der Versteifungsvorrichtung und der Stromschiene vom elastischen Material bedeckt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem elektrischen Kontaktiermodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein elektrisches Koppelmodul herstellbar ist, mittels welchem eine zuverlässige elektrische Kopplung zwischen Leistungselektronik und Stator herstellbar ist. Durch die Versteifungsvorrichtung ist eine mechanische Anbindung der Stromschienen an den Modulgrundkörper verbessert. Das elastische Material ist besonders vorteilhaft zur Absorption mechanischer Schwingungen ausgebildet. Eine Zusammensetzung sowie makroskopische Ausbildung des elektrischen Kontaktiermoduls, insbesondere des elastischen Materials, ist vorzugsweise auf herkömmliche Betriebsschwingungen der Elektromaschine abgestimmt, sodass eine besonders vorteilhafte Dämpfung dieser Betriebsschwingungen bereitgestellt ist. Ferner ist ein Statorinnenraum der Elektromaschine zur Leistungselektronik hin mittels des Dichtungsabschnitts sowie der Umspritzung der Stromschiene mittels des elastischen Materials derart abdichtbar, dass das Risiko einer Beschädigung der Leistungselektronik durch Kühlmittel aus dem Statorinnenraum erheblich reduziert ist.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktiermodul, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer perspektivischen Ansicht ein Systemgehäuse mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermodul,
2 in einer anderen perspektivischen Ansicht das Systemgehäuse aus 1 mit elektrischem Kontaktiermodul,
3 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls,
4 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls,
5 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls,
6 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls,
7 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
8 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 8 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Systemgehäuse 9 mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermodul 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Das Systemgehäuse 9 weist ein Leistungselektronikgehäuse 15 auf, in welchem eine Leitungselektronik 5 angeordnet ist. Ferner weist das Systemgehäuse 9 ein Motorgehäuse 16 auf, in welchem ein Statorinnenraum 13 ausgebildet ist. Im Statorinnenraum 13 ist ein Stator 2 angeordnet. Ein Rotor ist nicht dargestellt. Der Stator 2 ist mittels eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktmoduls 1 mit der Leistungselektronik 5 elektrisch gekoppelt. Zudem ist der Statorinnenraum 13 mittels des elektrischen Kontaktmoduls 1 gegenüber der Leistungselektronik 5 abgedichtet.
2 zeigt das Systemgehäuse 9 aus 1 mit elektrischem Kontaktiermodul 1 schematisch in einer anderen perspektivischen Ansicht. In dieser Ansicht sind drei Stromschienen 7 des elektrischen Kontaktiermoduls 1 erkennbar, deren erste Enden mit der Leistungselektronik 5 elektrisch sowie mechanisch gekoppelt sind. Nicht erkennbare zweite Enden sind mit dem nicht dargestellten Stator 2 elektrisch sowie mechanisch koppelbar. Ein Teilbereich des elektrischen Kontaktiermoduls 1 ist in einer Durchführung 14 des Systemgehäuses 9 angeordnet und dichtet die Durchführung 14 ab, sodass die Leistungselektronik 5 vor Flüssigkeiten, wie beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, aus dem Statorinnenraum 13 geschützt ist.
In 3 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Diese bevorzugte Ausführungsform weist einen Dichtungsabschnitt 8 auf, welcher zum radialen Abdichten des Modulgrundkörpers 6 gegenüber dem Systemgehäuse 9 bzw. der Durchführung 14 des Systemgehäuses 9 ausgebildet ist. Der Dichtungsabschnitt 8 weist mehrere Dichtungslamellen auf und ist vorzugsweise einteilig mit dem Modulgrundkörper 6 ausgebildet. Der Dichtungsabschnitt 8 erstreckt sich um die Stromschienen 7 herum sowie an den Stromschienen entlang. Somit ist der Dichtungsabschnitt 8 zum Einführen in eine Durchführung 14 des Systemgehäuses 9 und zum radialen Abdichten des elektrischen Kontaktiermoduls 1 gegen das Systemgehäuse 9 ausgebildet.
Der Modulgrundkörper 6 weist mehrere Befestigungsdurchführungen 12 zum Durchführen von Befestigungsmitteln zum Befestigen des elektrischen Kontaktiermoduls 1 an dem Systemgehäuse 9 auf. Die Befestigungsdurchführungen 12 sind durch Versteifungselemente 11 einer Versteifungsvorrichtung 10 verstärkt. Die Stromschienen 7 sind durch ein weiteres Versteifungselement 11 der Versteifungsvorrichtung 10 durchgeführt. Auf diese Weise ist eine Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls 1 erhöht, sodass Relativbewegungen zwischen den Stromschienen 7 und den Befestigungsdurchführungen 12 reduziert sind.
4 zeigt eine bevorzugte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Ausbildung des Dichtungsabschnitts 8. Der Dichtungsabschnitt 8 erstreckt sich entlang einer Unterseite des Modulgrundkörpers 6 um die Stromschienen herum 7. Der Dichtungsabschnitt 8 ist somit zur Anlage an einer Außenfläche des Systemgehäuses 9 sowie zum axialen Abdichten des elektrischen Kontaktiermoduls 1 gegen das Systemgehäuse 9 ausgebildet.
In 5 ist eine bevorzugte dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Die Dichtungsvorrichtung 8 ist exemplarisch zum axialen und radialen Abdichten des elektrischen Kontaktiermoduls 1 gegen das Systemgehäuse 9 ausgebildet. Ferner weist die Versteifungsvorrichtung 10 eine Mehrzahl von Versteifungselementen 11 auf, welche über den Modulgrundkörper 6 verteilt angeordnet sind. Die Versteifungselemente 11 sind über eine Versteifungselement 11 miteinander verbunden. Ein Versteifungselement 11 ist im Bereich der Befestigungsdurchführungen 12 angeordnet. Somit ist eine besonders hohe Steifigkeit des elastischen Kontaktiermoduls 1 gewährleistet.
6 zeigt eine bevorzugte vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. In dieser Ausführungsform ist die Dichtungsvorrichtung 8 exemplarisch zum axialen und radialen Abdichten des elektrischen Kontaktiermoduls 1 gegen das Systemgehäuse 9 ausgebildet. Überdies ist ein Formschlussabschnitt der obersten Stromschiene 7 als Versteifungsvorrichtung 10 ausgebildet.
Ein Versteifungselement 11 der Stromschiene 7 steht seitlich von der Stromschiene 7 ab und weist eine Abkantung sowie eine Verzweigung auf. Auf diese Weise ist eine Komplexität des elektrischen Kontaktiermoduls 1 reduziert. Ferner ist eine Anbindung der Stromschiene an den Modulgrundkörper 6 verbessert.
In 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 4 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 4 weist eine Elektromaschine 3 mit einer Leistungselektronik 5 auf. Die Leistungselektronik 5 ist über ein elektrisches Kontaktiermodul 1 elektrisch mit der Elektromaschine 3 gekoppelt.
8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Stromschiene 7 in einer Spritzgussform angeordnet. Vorzugsweise werden drei Stromschienen 7 in der Spritzgussform angeordnet. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird eine Versteifungsvorrichtung 10 in der Spritzgussform angeordnet. Hierbei kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Versteifungsvorrichtung 10 die Stromschiene 7 kontaktiert oder umschließt. Das Anordnen der Versteifungsvorrichtung 10 kann beispielsweise durch Einsetzen, Spritzgießen oder dergleichen erfolgen. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird ein Abschnitt der Stromschiene 7 mit dem elastischen Material umspritzt. Zudem wird die kompletten Versteifungsvorrichtung 10 oder zumindest ein Teilbereich der Versteifungsvorrichtung 10 mit dem elastischen Material umspritzt. Hierfür wird die Spritzgussform vorzugsweise geschlossen. Anschließend wird das elektrische Kontaktiermodul 1 aus der Spritzgussform entformt.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Kontaktiermodul
2: Stator
3: Elektromaschine
4: Kraftfahrzeug
5: Leistungselektronik
6: Modulgrundkörper
7: Stromschiene
8: Dichtungsabschnitt
9: Systemgehäuse
10: Versteifungsvorrichtung
11: Versteifungselement
12: Befestigungsdurchführung
13: Statorinnenraum
14: Durchführung
15: Leistungselektronikgehäuse
16: Motorgehäuse
100: erster Verfahrensschritt
200: zweiter Verfahrensschritt
300: dritter Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018109407 A1 [0004]
DE 102017113992 A1 [0005]
DE 102013103116 B3 [0007]

Claims

Elektrisches Kontaktiermodul (1) zum elektrischen Koppeln eines Stators (2) einer Elektromaschine (3) eines Kraftfahrzeugs (4) mit einer Leistungselektronik (5) zum Betreiben der Elektromaschine (3), aufweisend einen Modulgrundkörper (6) aus einem elektrisch isolierenden elastischen Material sowie eine Stromschiene (7) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die Stromschiene (7) vom Modulgrundkörper (6) derart umspritzt ist, dass der Modulgrundkörper (6) die Stromschiene (7) vollumfänglich dichtend umschließt, wobei der Modulgrundkörper (6) einen Dichtungsabschnitt (8) zur dichtenden Anordnung an einem Systemgehäuse (9) der Elektromaschine (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulgrundkörper (6) eine Versteifungsvorrichtung (10) aus einem Versteifungsmaterial zur Erhöhung einer Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls (1) aufweist, wobei die Versteifungsvorrichtung (10) vom elastischen Material vollständig oder zumindest teilweise umspritzt ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulgrundkörper (6) und der Dichtungsabschnitt (8) einteilig ausgebildet sind.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsabschnitt (8) aus dem elastischen Material gebildet ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsvorrichtung (10) mehrere über den Modulgrundkörper (6) verteilte Versteifungselemente (11) aufweist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versteifungselement (11) im Bereich einer Befestigungsdurchführung (12) zum Befestigen des Modulgrundkörpers (6) an dem Systemgehäuse (9) angeordnet ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versteifungselement (11) durch ein Formschlusselement der Stromschiene (7) gebildet ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (7) von der Versteifungsvorrichtung (10) vollumfänglich oder teilumfänglich umspritzt ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennfuge zwischen der Versteifungsvorrichtung (10) und der Stromschiene (7) mit dem ersten Material abgedichtet ist.
Kraftfahrzeug (4), aufweisend eine Elektromaschine (3) mit einem Stator (2) und einem Rotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (4), eine Leistungselektronik (5) zum Betreiben der Elektromaschine (3) sowie mindestens ein Systemgehäuse (9) zum Umgeben eines Statorinnenraums (13) des Stators (2) und/oder der Leistungselektronik, dadurch gekennzeichnet, dass das Systemgehäuse eine Durchführung (14) aufweist, wobei an der Durchführung (14) ein elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche zum elektrischen Koppeln des Stators (2) mit der Leistungselektronik (5) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend die folgenden Schritte: - Anordnen der Stromschiene (7) in einer Spritzgussform, - Anordnen der Versteifungsvorrichtung (10) in der Spritzgussform, und - Umspritzen eines Abschnitts der Stromschiene (7) sowie der kompletten Versteifungsvorrichtung (10) oder zumindest eines Teilbereichs der Versteifungsvorrichtung (10) mit dem elastischen Material.