DE102020201419A1

DE102020201419A1 - Elektrisches Kontaktiermodul, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktiermoduls

Info

Publication number: DE102020201419A1
Application number: DE102020201419.1A
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, wobei der Modulgrundkörper (6) einen Dichtungsabschnitt (8) zur dichtenden Anordnung an einem Systemgehäuse (9) der Elektromaschine aufweist. Die Stromschiene (7) weist einen Stromleitabschnitt (10) und einen Formschlussabschnitt (11) auf, wobei sich der Stromleitabschnitt (10) zum Durchleiten von elektrischem Strom durch den Modulgrundkörper (6) erstreckt, und wobei der Formschlussabschnitt (11) seitlich von dem Stromleitabschnitt (10) absteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (4) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktiermodul zum elektrischen Koppeln des 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. Zudem ist eine maximale Druckkraft zwischen den Elastomerdichtungen und dem Gehäuse durch die Geometrien vorgegeben, sodass eine spätere Anpassung der Druckkraft nicht möglich ist. Ferner müssen die Elastomerdichtungen eine Dichtung zu den Stromschienen und zum 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 des 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, wobei die Stromschiene vom Modulgrundkörper derart umspritzt ist, dass der Modulgrundkörper die Stromschiene vollumfänglich dichtend umschließt. Ferner weist der Modulgrundkörper einen Dichtungsabschnitt zur dichtenden Anordnung an einem Systemgehäuse der Elektromaschine auf. Erfindungsgemäß weist die Stromschiene einen Stromleitabschnitt und einen Formschlussabschnitt auf, wobei sich der Stromleitabschnitt zum Durchleiten von elektrischem Strom durch den Modulgrundkörper erstreckt, und wobei der Formschlussabschnitt seitlich von dem Stromleitabschnitt absteht.
Der Modulgrundkörper ist zur Aufnahme sowie zum Halten der Stromschiene, insbesondere des Formschlussabschnitts, 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, insbesondere der Stromleitabschnitt, 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.
Der Formschlussabschnitt ist am Stromleitabschnitt angeordnet und steht seitlich von diesem ab. Unter einem Formschlussabschnitt wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein geometrischer Körper verstanden, welcher zur formschlüssigen Verbindung mit einem anderen Körper ausgebildet ist. Der Formschlussabschnitt kann beispielsweise eine gerade oder gebogene Form aufweisen. Ein Querschnitt des Formschlussabschnitts ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet. Der Formschlussabschnitt ist vollständig oder teilweise vom elastischen Material des Modulgrundkörpers umgeben, sodass der Formschlussabschnitt eine formschlüssige Verbindung mit dem Modulgrundkörper bildet. Der Formschlussabschnitt ist vorzugsweise aus einem verhältnismäßig steifen Material, insbesondere demselben elektrisch leitenden Material wie der Stromleitabschnitt, gebildet und weist zumindest eine höhere Steifigkeit als das elastische Material auf. Erfindungsgemäß kann der Formschlussabschnitt auch mehrere Materialien, insbesondere ein elektrisch nichtleitendes Material aufweisen. Der Formschlussabschnitt ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, das Verändern einer relativen Lage der Stromschiene zum Modulgrundkörper im Gegensatz zu einer Stromschiene ohne Formschlussabschnitt wesentlich zu erschweren. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass bei einer Stromschiene mit Formschlussabschnitt eine maximale Auslenkung relativ zum Modulgrundkörper wesentlich geringer sowie die zur Auslenkung der Stromschiene erforderliche Kraft wesentlich größer als bei einer Stromschiene ohne Formschlussabschnitt ist.
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.
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 den Formschlussabschnitt ist eine mechanische Anbindung der Stromschiene 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. Der Dichtungsabschnitt ist vorzugsweise aus demselben elastischen Material wie der Modulgrundkörper gebildet. 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.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Formschlussabschnitt an den Stromleitabschnitt angespritzt, angeklebt, angeschraubt, angenietet, angesintert, angedruckt oder angeschweißt ist, oder dass der Formschlussabschnitt zusammen mit dem Stromleitabschnitt in einem gemeinsamen Herstellungsprozess, wie beispielsweise einem Gussprozess, Umformprozess, Sinterprozess, Druckprozess oder dergleichen, hergestellt ist. Somit ist der Formschlussabschnitt fest an dem Stromleitabschnitt gehalten. Vorzugsweise weist der Formschlussabschnitt dasselbe elektrisch leitende Material wie der Stromleitabschnitt auf. Eine derartige Stromschiene ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar und mittels des elastischen Materials gut am Modulgrundkörper fixierbar. Hierdurch wird das Risiko des Eindringens von Kühlflüssigkeit in eine Trennfuge zwischen Stromschiene und elastischem Material weiter reduziert.
Weiter bevorzugt ist der Formschlussabschnitt vom elastischen Material vollständig oder zumindest teilweise umspritzt. Je stärker der Formschlussabschnitt vom elastischen Material des Modulgrundkörpers umspritzt ist, desto besser ist die Anbindung der Stromschiene an den Modulgrundkörper. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Formschlussabschnitt vollständig in den Modulgrundkörper eingebettet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Versteifung des elektrischen Kontaktiermoduls sowie eine verbesserte Anbindung der Stromschiene an den Modulgrundkörper bereitgestellt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Formschlussabschnitt in den Bereich einer Befestigungsdurchführung zum Befestigen des Modulgrundkörpers an dem Systemgehäuse. Mittels der Befestigungsdurchführung ist das elektrische Kontaktiermodul am Systemgehäuse fixierbar, beispielsweise mittels einer Schraube, eines Bolzens, eines Niets oder dergleichen. Der Formschlussabschnitt ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die Befestigungsdurchführung durch den Formschlussabschnitt 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 den an der Befestigungsdurchführung angeordneten Formschlussabschnitt ist das Risiko des Ausreißens der Befestigungsdurchführung reduziert. Ferner sind auf diese Weise Relativbewegungen zwischen Systemgehäuse und Stromschiene reduzierbar.
Vorzugsweise weist der Formschlussabschnitt eine Abzweigung und/oder Abkantung und/oder Ausnehmung und/oder Durchleitung auf. Eine Abzweigung bedeutet, dass sich der Formschlussabschnitt, insbesondere vom Stromleitabschnitt wegweisend, in mehrere Formschlusssegmente aufteilt. Die Formschlusssegmente können eine gerade Form, wie beispielsweise eine Nocke, ein Flügel, eine Zacke oder dergleichen, oder eine gebogene Form aufweisen. Unter einer Abkantung wird im Rahmen der Erfindung ein geknickter Verlauf, insbesondere mit einem Knickwinkel zwischen 1° und 179°, vorzugsweise von zwischen 45° und 135°, besonders bevorzugt von etwa 90°, verstanden. Eine Ausnehmung ist beispielsweise eine Vertiefung in einer Oberfläche des Formschlussabschnitts, insbesondere in welche elastisches Material des Modulgrundkörpers anordenbar bzw. in welcher das elastische Material des Modulgrundkörpers angeordnet ist. Eine Durchleitung ist beispielsweise als Durchgangsloch mit einem runden Durchmesser ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung der Stromschiene an den Modulgrundkörper verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das elektrische Kontaktiermodul mehrere Stromschienen auf, wobei mehrere Stromschienen jeweils einen oder mehrere Formschlussabschnitte aufweisen. Mehrere Stromschienen, insbesondere drei Stromschienen, sind zur Herstellung einer elektrischen Kopplung zwischen dem Stator und der Leistungselektronik, wie beispielsweise bei 3-Phasen-Strom, vorteilhaft. Eine Stromschiene mit einem Formschlussabschnitt weist gegenüber einer Stromschiene ohne Formschlussabschnitt einen verbesserten Halt im Modulgrundkörper auf. Daher ist es bevorzugt, dass sämtliche Stromschienen jeweils mindestens einen Formschlussabschnitt aufweisen, welcher vorzugsweise im Modulgrundkörper angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Halt der Stromschienen am Modulgrundkörper verbessert ist. Ferner ist auf diese Weise eine Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls auf vorteilhafte Weise erhöht.
Besonders bevorzugt ist der Formschlussabschnitt als elektrischer Isolator ausgebildet, wobei mindestens zwei Stromschienen einen gemeinsamen Formschlussabschnitt aufweisen. Ein als elektrischer Isolator ausgebildeter Formschlussabschnitt weist zumindest einen elektrisch isolierenden Abschnitt auf. Dabei kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein anderer Abschnitt des Formschlussabschnitts als elektrisch leitender Abschnitt ausgebildet ist. Mindestens zwei Stromschienen sind somit über den gemeinsamen Formschlussabschnitt, insbesondere starr, miteinander verbunden, wobei aufgrund der elektrischen Isolierung des Formschlussabschnitts ein Kurzschluss zwischen den Stromschienen vermieden ist. Vorzugsweise sind sämtliche Stromschienen auf diese Weise zu einem Stromschienenpaket miteinander verbunden, wobei beispielsweise zwei Stromschienen oder mehr Stromschienen einen gemeinsamen Formschlussabschnitt aufweisen können. Überdies können weitere Formschlussabschnitte vorgesehen sein, um eine Anbindung des Stromschienenpakets an den Modulgrundkörper weiter zu verbessern. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Herstellung des elektrischen Kontaktiermoduls durch Bereitstellung eines Stromschienenpakets elektrisch voneinander isolierter Stromschienen verbessert ist. Überdies weist ein derartiges Stromschienenpaket, insbesondere bei Verwendung weiterer Formschlussabschnitte, eine verbesserte Anbindung an den Modulgrundkörper auf.
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 den Formschlussabschnitt ist eine mechanische Anbindung der Stromschiene 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 mit Stromleitabschnitt und Formschlussabschnitt in einer Spritzgussform, und
- Umspritzen eines Abschnitts der Stromschiene sowie des kompletten Formschlussabschnitts oder zumindest eines Teilbereichs des Formschlussabschnitts mit dem elastischen Material zur Erzeugung des Modulgrundkörpers.

Zunächst wird die Stromschiene bereitgestellt und in der Spritzgussform angeordnet. Die Stromschiene weist den Stromleitabschnitt und den Formschlussabschnitt auf. Erfindungsgemäß können auch mehrere, insbesondere drei, Stromschienen in der Spritzgussform angeordnet werden. Hierbei können alle Stromschienen oder nur einige Stromschienen einen Formschlussabschnitt aufweisen. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass sämtliche Stromschienen den Formschlussabschnitt aufweisen.
Schließlich wird der Abschnitt der Stromschiene mit dem elastischen Material umspritzt. Hierbei wird vorzugsweise der komplette Formschlussabschnitt vom elastischen Material umspritzt und in dieses eingebettet. Alternativ wird nur ein Teilbereich des Formschlussabschnitts vom elastischen Material umspritzt.
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 den Formschlussabschnitt 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 Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
7 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 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 19 auf, in welchem eine Leitungselektronik 5 angeordnet ist. Ferner weist das Systemgehäuse 9 ein Motorgehäuse 20 auf, in welchem ein Statorinnenraum 17 ausgebildet ist. Im Statorinnenraum 17 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 17 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 16 des Systemgehäuses 9 angeordnet und dichtet die Durchführung 18 ab, sodass die Leistungselektronik 5 vor Flüssigkeiten, wie beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, aus dem Statorinnenraum 17 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, welche zum radialen und axialen Abdichten des Modulgrundkörpers 6 gegenüber dem Systemgehäuse 9 bzw. der Durchführung 18 des Systemgehäuses 9 ausgebildet ist. Der Dichtungsabschnitt 8 weist mehrere Dichtungslamellen auf und ist vorzugsweise einteilig mit dem Modulgrundkörper 6 ausgebildet. Ein Teil des Dichtungsabschnitts 8 erstreckt sich um die Stromschienen 7 herum sowie an den Stromschienen entlang. Somit ist der Dichtungsabschnitt 8 zum Einführen in eine Durchführung 18 des Systemgehäuses 9 und zum radialen Abdichten des elektrischen Kontaktiermoduls 1 gegen das Systemgehäuse 9 ausgebildet. Ein weiterer Teil des Dichtungsabschnitts 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. Ferner weist der Modulgrundkörper 6 mehrere Befestigungsdurchführungen 12 zum Durchführen von Befestigungsmitteln zum Befestigen des elektrischen Kontaktiermoduls 1 an dem Systemgehäuse 9 auf. Die Befestigungsdurchführungen 12 sind durch Versteifungselemente 21 verstärkt. Die Stromschienen 7 weisen einen Stromleitabschnitt 10 auf. Eine obere Stromschiene weist zwei Formschlussabschnitte 11 auf, welche sich seitlich vom Stromleitabschnitt 10 erstrecken. Die Formschlussabschnitte 11 weisen eine Abzweigung 13 und eine Abkantung 14 auf. Auf diese Weise ist eine Steifigkeit des elektrischen Kontaktiermoduls 1 sowie eine Anbindung der Stromschiene 7 an den Modulgrundkörper 6 verbessert.
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 Formschlussabschnitts 11. Der Formschlussabschnitt 11 weist auf einer Oberseite eine Ausnehmung 15 und an einer Seite eine Durchführung 18 auf. In der Ausnehmung 15 und der Durchführung 18 ist das flexible Material des Modulgrundkörpers 6 angeordnet. Auf diese Weise ist eine Anbindung der Stromschiene 7 an den Modulgrundkörper 6 weiter verbessert.
In 5 ist eine bevorzugte dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktiermoduls 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einem zusätzlichen Formschlussabschnitt 11, mittels welchem die drei Stromleiter 7 zu einem Stromleiterpaket zusammengehalten sind. Der zusätzliche Formschlussabschnitt 11 weist einen elektrischen Isolator auf, um ein Kurzschließen der Stromleiter 7 zu vermeiden.
6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 4 schematisch in einer Seitenansicht. 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.
7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Stromschiene 7 mit Stromleitabschnitt 10 und Formschlussabschnitt 11 in einer Spritzgussform angeordnet. Vorzugsweise werden drei Stromschienen 7 in der Spritzgussform angeordnet. Weiter bevorzugt weisen sämtliche Stromschienen 7 einen Stromleitabschnitt 10 sowie einen Formschlussabschnitt 11 auf. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird ein Abschnitt der Stromschiene 7 mit dem elastischen Material umspritzt. Zudem wird der komplette Formschlussabschnitt 11 oder zumindest ein Teilbereich des Formschlussabschnitts 11 mit dem elastischen Material zur Erzeugung des Modulgrundkörpers 6 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: Stromleitabschnitt
11: Formschlussabschnitt
12: Befestigungsdurchführung
13: Abzweigung
14: Abkantung
15: Ausnehmung
16: Durchleitung
17: Statorinnenraum
18: Durchführung
19: Leistungselektronikgehäuse
20: Motorgehäuse
21: Versteifungselement
100: erster Verfahrensschritt
200: zweiter Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (7) einen Stromleitabschnitt (10) und einen Formschlussabschnitt (11) aufweist, wobei sich der Stromleitabschnitt (10) zum Durchleiten von elektrischem Strom durch den Modulgrundkörper (6) erstreckt, und wobei der Formschlussabschnitt (11) seitlich von dem Stromleitabschnitt (10) absteht.
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 Formschlussabschnitt (11) an den Stromleitabschnitt (10) angespritzt, angeklebt, angeschraubt, angenietet, angesintert, angedruckt oder angeschweißt ist, oder dass der Formschlussabschnitt (11) zusammen mit dem Stromleitabschnitt (10) in einem gemeinsamen Herstellungsprozess hergestellt ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlussabschnitt (11) vom elastischen Material vollständig oder zumindest teilweise umspritzt ist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Formschlussabschnitt (11) in den Bereich einer Befestigungsdurchführung (12) zum Befestigen des Modulgrundkörpers (6) an dem Systemgehäuse (9) erstreckt.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlussabschnitt (11) eine Abzweigung (13) und/oder Abkantung (14) und/oder Ausnehmung (15) und/oder Durchleitung (16) aufweist.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktiermodul (1) mehrere Stromschienen (7) aufweist, wobei mehrere Stromschienen (7) jeweils einen oder mehrere Formschlussabschnitte (11) aufweisen.
Elektrisches Kontaktiermodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlussabschnitt (11) als elektrischer Isolator ausgebildet ist, wobei mindestens zwei Stromschienen (7) einen gemeinsamen Formschlussabschnitt (11) aufweisen.
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 (17) des Stators (2) und/oder der Leistungselektronik (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Systemgehäuse (9) eine Durchführung (18) aufweist, wobei an der Durchführung (18) 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) mit Stromleitabschnitt (10) und Formschlussabschnitt (11) in einer Spritzgussform, und - Umspritzen eines Abschnitts der Stromschiene (7) sowie des kompletten Formschlussabschnitts (11) oder zumindest eines Teilbereichs des Formschlussabschnitts (11) mit dem elastischen Material zur Erzeugung des Modulgrundkörpers (6).