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Die Erfindung betrifft eine Schnittstellenanordnung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs. Die Schnittstellenanordung umfasst ein Statorgehäuse eines elektrischen Traktionsmotors des elektrischen Traktionssystems, ein Schutzgehäuse einer Leistungselektronik des elektrischen Traktionssystems und zumindest ein das Statorgehäuse und das Schutzgehäuse durchgreifendes Kontaktblech einer elektrischen Schnittstelle des elektrischen Traktionsmotors und ein von dem zumindest einen Kontaktblech durchgriffenes Dichtelement. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Traktionssystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Dichtelements für eine Schnittstellenanordnung eines elektrischen Traktionssystems eines Fahrzeugs.
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Schnittstellenanordnungen der eingangs genannten Art gehören in unterschiedlichen Ausgestaltungen zum Stand der Technik und dienen in erster Linie dazu, einen Elektromotor und eine dem Elektromotor zugeordnete und den Elektromotor betreibende elektronische Baugruppe elektrisch zu verbinden. Das Dichtelement muss eine elektrische Schnittstelle des Elektromotors, welche zumindest ein Kontaktblech umfasst, von einem Statorgehäuse des Elektromotors und einem Schutzgehäuse der elektronischen Baugruppe elektrisch isolieren.
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DE 10 2019 005 171 A1 offenbart eine Schnittstellenanordnung für einen Elektromotor, welche einen Statorflansch, eine an dem Statorflansch gehaltene Elektronikeinheit und eine einheitliche Steckereinheit umfasst. Die einheitliche Steckereinheit kann in einem Aufnahmeraum der Elektronikeinheit des Elektromotors angeordnet werden, um eine Mehrzahl von Anschlussleitungen der Steckereinheit mit einer Mehrzahl von Kontakten der Elektronikeinheit elektrisch leitend zu verbinden.
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DE 20 2010 000 482 U1 offenbart eine Anordnung eines Elektromotors, eines Schneckengetriebes und einer Elektronikeinheit in einem gemeinsam abgedichteten Edelstahlgehäuse.
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Bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug wird der Elektromotor genauer als ein elektrischer Traktionsmotor bezeichnet. Die elektronische Baugruppe wird in diesem Fall üblicherweise Leistungselektronik genannt.
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DE 10 2018 206 293 A1 offenbart eine Schnittstellenanordung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs. Die Schnittstellenanordnung weist eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktelementen auf, welche in einem Korpus aus einem Kunststoff gehalten sind.
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Zum Kühlen des elektrischen Traktionsmotors ist häufig ein Öl in einem von einem Statorgehäuse des elektrischen Traktionsmotors begrenzten Innenraum des Traktionsmotors angeordnet, welches den elektrischen Traktionsmotor während eines Betriebs des elektrischen Traktionsmotors durchströmt und eine von dem elektrischen Traktionsmotor betriebsbedingt erzeugte insbesondere ohmsche Verlustwärme abtransportiert.
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Häufig umfasst die Schnittstellenanordnung daher ferner zumindest ein Dichtelement, welches zum Schützen der Leistungselektronik die Leistungselektronik fluidisch von dem Innenraum des elektrischen Traktionsmotors trennt und ein Austreten des Öls aus dem Statorgehäuse verhindert. Im Einzelnen sind eine von dem Kontaktblech durchgriffene Durchführung der Schnittstellenanordnung für das zumindest eine Kontaktblech und zudem das Statorgehäuse des elektrischen Traktionsmotors sowie ein Schutzgehäuse der Leistungselektronik gegen ein Durchdringen oder ein Eindringen eines Fluids fluidisch abzudichten. In vielen Ausgestaltungen umfasst die Schnittstellenanordnung daher mehrere Dichtelemente (siehe 1), welche jeweils unterschiedliche Materialien, insbesondere Kunststoffe, aufweisen können und in einem Spritz- und/oder Gussverfahren hergestellt werden.
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Betriebsbedingt und wetterbedingt liegen Betriebstemperaturen des elektrischen Traktionssystems in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 180 °C. Entsprechend muss die Schnittstellenanordnung thermisch verursachte Grö-ßenänderungen des Statorgehäuses, des Schutzgehäuses und/oder des Kontaktblechs kompensieren und dabei zumindest während einer Lebensdauer des elektrischen Traktionsmotors und der Leistungselektronik eine vollständige, d. h. elektrisch isolierende und fluidisch abdichtende, Funktion der Schnittstellenanordnung zuverlässig gewährleisten.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Schnittstellenanordnung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche eine lange Lebensdauer aufweist und bei jeder Betriebstemperatur des elektrischen Traktionssystems zuverlässig funktioniert. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Traktionssystem für ein Fahrzeug bereitzustellen und ein Verfahren zum Herstellen eines Dichtelements für eine Schnittstellenanordnung eines elektrischen Traktionssystems eines Fahrzeugs vorzuschlagen.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Schnittstellenanordnung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs. Das Traktionssystem umfasst ein Statorgehäuse eines elektrischen Traktionsmotors des elektrischen Traktionssystems, ein Schutzgehäuse einer Leistungselektronik des elektrischen Traktionssystems und zumindest ein das Statorgehäuse und das Schutzgehäuse durchgreifendes Kontaktblech einer elektrischen Schnittstelle des elektrischen Traktionsmotors und ein von dem zumindest einen Kontaktblech durchgriffenes Dichtelement. Jedes elektrische Traktionssystem eines Fahrzeugs umfasst eine derartige Schnittstellenanordnung, weshalb sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung ergeben.
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Die Schnittstellenanordnung ist ausgebildet, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Traktionsmotor und der den elektrischen Traktionsmotor steuernden oder regelnden Leistungselektronik bereitzustellen. Die elektrisch leitende Verbindung wird durch das zumindest eine Kontaktblech bereitgestellt, welches sowohl das Statorgehäuse des Elektromotors als auch das Schutzgehäuse der Leistungselektronik durchgreift. Das Statorgehäuse und das Schutzgehäuse weisen für den Durchgriff des zumindest einen Kontaktblechs jeweils einen Durchlass auf. Das zumindest eine Kontaktblech erstreckt sich durch die beiden Durchlässe des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses.
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Unter dem Kontaktblech ist allgemein ein längliches elektrisch leitendes Element zu verstehen, wobei der Begriff „länglich“ eine Existenz einer Haupterstreckungsrichtung des elektrisch leitenden Elements verlangt. Das elektrisch leitende Element kann ein Metall umfassen oder aus einem Metall bestehen. Das elektrisch leitende Element kann beispielsweise zylinderförmig oder plattenförmig ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist das Dichtelement in zumindest teilweise miteinander fluchtenden Durchlässen des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses angeordnet, hält das Dichtelement das zumindest eine Kontaktblech und wird das Dichtelement von dem zumindest einen Kontaktblech durchgriffen. Das Dichtelement verschließt zugleich die beiden zumindest teilweise miteinander fluchtenden Durchlässe und trennt einen von dem Statorgehäuse begrenzten Innenraum des elektrischen Traktionsmotors von einer in dem Schutzgehäuse angeordneten Leistungselektronik fluidisch.
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Die jeweiligen Durchlässe des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses können identische Querschnittflächen aufweisen und genau miteinander fluchten. Alternativ können die jeweiligen Durchlässe des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses identische oder verschiedene Querschnittsflächen aufweisen, welche teilweise miteinander fluchten, d. h. teilweise überlappen.
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Bevorzugt umfasst die Schnittstellenanordnung drei das Dichtelement durchgreifende und von dem Dichtelement gehaltene Kontaktbleche, welche sich parallel erstrecken und zueinander beabstandet angeordnet sind. Die meisten elektrischen Traktionsmotoren weisen drei separate Statorwicklungen auf. Jeder Statorwicklung ist ein Kontaktblech und mithin eine Phase einer an den Kontaktblechen anliegenden elektrischen Spannung zugeordnet.
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Die parallele Erstreckung der Kontaktbleche ermöglicht ein einfaches elektrisches Anschließen der Statorwicklungen und/oder der Leistungselektronik an die elektrische Schnittstelle der Schnittstellenanordnung jeweils mittels eines einheitlichen Steckers, welcher zu den drei Kontaktblechen korrespondierende Buchsen umfasst. Es versteht sich, dass das elektrische Anschließen der Statorwicklungen und/oder der Leistungselektronik alternativ mittels Schwei-ßens, Schraubens, einzelner Stecker und dergleichen erfolgen kann. Räumliche Abstände zwischen den Kontaktblechen verhindern einen unmittelbaren Kurzschluss der Kontaktbleche untereinander.
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Idealerweise umfasst das Dichtelement ein Gummi, ein Elastomer oder ein Silikon und/oder umfasst jedes Kontaktblech eine Kupferlegierung oder eine Aluminiumlegierung oder besteht jedes Kontaktblech aus einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung. Gummis, Elastomere und Silikone sind elektrische Isolatoren und infolge ihrer elastischen Verformbarkeit zum Abdichten besonders gut geeignet. Zudem weisen Gummis, Elastomere und Silikone in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 180 °C eine gute Temperaturbeständigkeit auf. Kupferlegierungen und Aluminiumlegierungen weisen eine gute mechanische Formstabilität und eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
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Vorteilhaft umfasst das Dichtelement einen Haftvermittler für ein Anhaften des Dichtelements an dem zumindest einen Kontaktblech. Der Haftvermittler ist eine chemische Substanz, welche dem Dichtelement ein starkes Anhaften an dem zumindest einen Kontaktblech erlaubt. Der Haftvermittler kann dem Gummi oder dem Elastomer beigemischt sein.
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In einer günstigen Ausführungsform umfasst das Dichtelement einen ferritischen Metallring. Der ferritische Metallring, d. h. der Ferritkern, kann eine Formstabilität des Dichtelements vergrößern und dämpft unerwünschte Oberwellen eines durch das zumindest eine Kontaktblech zwischen dem elektrischen Traktionsmotor und der Leistungselektronik fließenden elektrischen Wechselstroms.
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In anderen Ausführungsformen sind die Durchlässe begrenzende gegenüberliegende Randbereiche des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses zueinander beabstandet angeordnet. Ein Abstand zwischen dem Statorgehäuse und dem Schutzgehäuse verringert eine thermische Kopplung des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses. Der Abstand lässt weiterhin eine thermische Relativbewegung des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses zu, beispielsweise infolge eines Temperaturgradienten oder infolge von unterschiedlichen Wärmekapazitäten.
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Die Schnittstellenanordnung kann zumindest ein Abstandselement umfassen, welches zwischen den gegenüberliegenden Randbereichen angeordnet ist. Das Abstandselement verbindet das Statorgehäuse und das Schutzgehäuse mechanisch und definiert den Abstand zwischen dem Statorgehäuse und dem Schutzgehäuse in den gegenüberliegenden Randbereichen.
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Alternativ können die Durchlässe begrenzende gegenüberliegende Randbereiche des Statorgehäuses und des Schutzgehäuses in gegenseitiger Anlage angeordnet sein.
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In vielen Ausführungsformen weist das zumindest eine Kontaktblech in einem Bereich des Dichtelements zumindest einen von einer Kante des zumindest einen Kontaktblechs lateral abragenden und in eine Ausnehmung des Dichtelements eingreifenden Vorsprung auf. Der Eingriff des Vorsprungs in die Ausnehmung verhindert eine relative Translationsbewegung zwischen dem zumindest einen Kontaktblech und dem Dichtelement.
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Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Kontaktblech in einem Bereich des Dichtelements zumindest einen von dem Dichtelement durchgriffenen Durchlass aufweisen. Der Durchgriff des Dichtelements durch den Durchlass des zumindest einen Kontaktblechs verhindert eine relative Translationsbewegung zwischen dem zumindest einen Kontaktblech und dem Dichtelement.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Traktionssystem für ein Fahrzeug, mit einem elektrischen Traktionsmotor, einer Leistungselektronik und einer den Traktionsmotor und die Leistungselektronik verbindenden Schnittstellenanordnung. Derartige elektrische Traktionssysteme sind in jedem elektrisch antreibbaren Fahrzeug verbaut. Entsprechend findet die Erfindung vielfältige und zahlreiche Anwendung.
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Erfindungsgemäß ist die Schnittstellenanordnung eine erfindungsgemäße Schnittstellenanordnung. Die Schnittstellenanordnung weist eine lange Lebensdauer auf und funktioniert bei jeder Betriebstemperatur des elektrischen Traktionssystems zuverlässig.
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Noch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Dichtelements für eine Schnittstellenanordnung eines elektrischen Traktionssystems eines Fahrzeugs.
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Erfindungsgemäß wird zumindest ein Kontaktblech einer elektrischen Schnittstelle eines elektrischen Traktionsmotors eines elektrischen Traktionssystems mittels Vulkanisierens in ein Dichtelement einer Schnittstellenanordnung des elektrischen Traktionssystems eingebettet. Das Vulkanisieren hat sich in anderen Anwendungen bewährt und bewirkt ein gutes Anhaften des Dichtelements an dem zumindest einen Kontaktblech, was mit einer während einer Lebensdauer des Traktionssystems zuverlässigen Dichtheit einhergeht.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schnittstellenanordnung besteht darin, dass sie eine lange Lebensdauer aufweist und bei jeder Betriebstemperatur des elektrischen Traktionssystems zuverlässig funktioniert, d. h. das zumindest eine Kontaktmittel von dem Statorgehäuse und von dem Schutzgehäuse elektrisch isoliert ist und das Dichtmittel einen Innenraum des Statorgehäuses von einer in dem Schutzgehäuse angeordneten Leistungselektronik fluidisch trennt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Schnittstelle dauerhaft einen Schutz der Umwelt gewährleistet.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Schnittstellenanordnung nach einer zum Stand der Technik gehörenden Ausführungsform für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs;
- 2 eine Schnittstellenanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittstellenanordnung 2 nach einer zum Stand der Technik gehörenden Ausführungsform für ein Traktionssystem eines Fahrzeugs. Die Schnittstellenanordnung 2 umfasst ein Statorgehäuse 20 eines elektrischen Traktionsmotors des Traktionssystems, ein Schutzgehäuse 21 einer Leistungselektronik des Traktionssystems und drei Kontaktbleche 22.
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Ferner umfasst die Schnittstellenanordnung 2 ein erstes Dichtungselement 23a, welches die drei Kontaktbleche 22 hält und von den drei Kontaktblechen 22 durchgriffen wird, ein zweites Dichtungselement 23b, welches in einem zwischen dem ersten Dichtelement 23a und dem Schutzgehäuse 21 gebildeten Spalt angeordnet ist, und ein drittes Dichtelement 23c, welches in einem zwischen dem Statorgehäuse 20 und dem Schutzgehäuse 21 gebildeten Spalt angeordnet ist.
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2 zeigt eine Schnittstellenanordnung 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung für ein elektrisches Traktionssystem eines Fahrzeugs. Das elektrische Traktionssystem für ein Fahrzeug umfasst einen elektrischen Traktionsmotor, eine Leistungselektronik und eine den elektronischen Traktionsmotor und die Leistungselektronik verbindende Schnittstellenanordnung 1. Das Fahrzeug, der elektrische Traktionsmotor und die Leistungselektronik sind in üblicher Weise ausgebildet und werden hier nicht bzw. nur teilweise gezeigt.
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Die Schnittstellenanordnung 1 für das elektrische Traktionssystem des Fahrzeugs umfasst ein Statorgehäuse 10 des elektrischen Traktionsmotors des elektrischen Traktionssystems, ein Schutzgehäuse 11 der Leistungselektronik des elektrischen Traktionssystems und zumindest ein Kontaktblech 12 einer elektrischen Schnittstelle des elektrischen Traktionsmotors. Das zumindest eine Kontaktblech 12 durchgreift das Statorgehäuse 10 und das Schutzgehäuse 11.
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Ferner umfasst die Schnittstellenanordnung 1 ein Dichtelement 13, genauer gesagt ein einziges Dichtelement 13, welches in zumindest teilweise miteinander fluchtenden Durchlässen 100, 110 des Statorgehäuses 10 und des Schutzgehäuses 11 angeordnet ist. Das Dichtelement 13 hält das zumindest eine Kontaktblech 12 und wird von dem zumindest einen Kontaktblech 12 durchgriffen.
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Lediglich beispielhaft und nicht einschränkend umfasst die Schnittstellenanordnung drei das Dichtelement 13 durchgreifende und von dem Dichtelement 13 gehaltene Kontaktbleche 12, welche sich parallel erstrecken und zueinander beabstandet angeordnet sind. Die drei Kontaktbleche 12 können in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein.
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Jedes Kontaktblech 12 weist vorteilhaft in einem Bereich des Dichtelements 13 zumindest einen von einer Kante des Kontaktblechs 12 lateral abragenden und in eine Ausnehmung des Dichtelements 13 eingreifenden Vorsprung 120 auf. Das zumindest eine Kontaktblech 12 kann alternativ oder zusätzlich in einem Bereich des Dichtelements 13 zumindest einen von dem Dichtelement 13 durchgriffenen Durchlass 121 aufweisen.
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Das Dichtelement 13 kann ein Gummi, ein Elastomer oder ein Silikon umfassen. Jedes Kontaktblech 12 kann eine Kupferlegierung oder eine Aluminiumlegierung umfassen oder aus einer Kupferlegierung oder einer Alluminiumlegierung bestehen.
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Das Dichtelement 13 umfasst bevorzugt einen Haftvermittler für ein Anhaften des Dichtelements 13 an dem zumindest einen Kontaktblech 12.
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Das Dichtelement 13 kann einen ferritischen Metallring 130 umfassen.
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Gegenüberliegende Randbereiche des Statorgehäuses 10 und des Schutzgehäuses 11, welche die Durchlässe 100, 110 begrenzen, können zueinander beabstandet angeordnet sein. Idealerweise gehört zu der Schnittstellenanordnung 1 zumindest ein Abstandselement 14, welches zwischen den gegenüberliegenden Randbereichen angeordnet ist.
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Zum Herstellen des Dichtelements 13 für die Schnittstellenanordnung 1 des elektrischen Traktionssystems des Fahrzeugs wird das zumindest eine Kontaktblech 12 der elektrischen Schnittstelle des elektrischen Traktionsmotors mittels Vulkanisierens in das Dichtelement 13 der Schnittstellenanordnung 1 eingebettet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erfindungsgemäße Schnittstellenanordnung
- 10
- Statorgehäuse
- 100
- Durchlass
- 11
- Schutzgehäuse
- 110
- Durchlass
- 12
- Kontaktblech
- 120
- Vorsprung
- 121
- Durchlass
- 13
- Dichtelement
- 130
- ferritischer Metallring
- 14
- Abstandselement
- 2
- bekannte Schnittstellenanordnung
- 20
- Statorgehäuse
- 21
- Schutzgehäuse
- 22
- Kontaktblech
- 23a
- Dichtelement
- 23b
- Dichtelement
- 23c
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019005171 A1 [0003]
- DE 202010000482 U1 [0004]
- DE 102018206293 A1 [0006]
