DE102021202723A1

DE102021202723A1 - Vorrichtung zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente

Info

Publication number: DE102021202723A1
Application number: DE102021202723.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Pauer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US20220302685A1; CN115117826A

Abstract

Vorrichtung (1) zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente umfassend eine erste Stromschiene (2), eine zweite Stromschiene (3), wobei die erste Stromschiene (2) und die zweite Stromschiene (3) im elektrischen Betrieb zueinander ein unterschiedliches Potential (P-, P+) aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, ein erstes Isolationselement (4) und ein zweites Isolationselement (5), wobei das erste Isolationselement (4) und das zweite Isolationselement (5) teilweise axial überlappend, jedoch radial beabstandet zumindest teilweise zwischen der ersten Stromschiene (2) und der zweiten Stromschiene (3) angeordnet sind, wobei zumindest die erste Stromschiene (2) ein Kontaktierungsmittel (6) zur elektrischen Kontaktierung mit einer elektrischen Komponente aufweist, wobei im Bereich des Kontaktierungsmittels (6) das zweite Isolationselement (5) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente umfassend eine erste Stromschiene, eine zweite Stromschiene, wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene im elektrischen Betrieb zueinander ein unterschiedliches Potential aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, ein erstes Isolationselement und ein zweites Isolationselement, wobei das erste Isolationselement und das zweite Isolationselement teilweise axial überlappend, jedoch radial beabstandet zumindest teilweise zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene angeordnet sind, wobei die erste Stromschiene ein Kontaktierungsmittel zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei im Bereich des Kontaktierungsmittels das zweite Isolationselement angeordnet ist.
Stand der Technik
Vorrichtungen der oben genannten Art weisen in der Regel Stromschienen auf, die in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Je geringer der Abstand zwischen Stromschienen mit im elektrischen Betrieb jeweils unterschiedlichen Potentialen gewählt wird, umso größer ist die Gefahr, dass aufgrund von unzureichend ausgelegten Luft- bzw. Kriechstrecken zwischen den beiden Stromschienen ein Kurzschluss in Form eines Spannungsüberschlags auftritt. Derartige Spannungsüberschläge können durch das Einbringen einer elektrischen Isolation zwischen den beiden Stromschienen verhindert werden. Für Stromschienen mit geringem Abstand zueinander werden beispielsweise elektrisch isolierende Folien eingesetzt, welche die Stromschienen gegeneinander elektrisch isolieren.
Die elektrische Verbindung eines elektrischen Bauelements mit zwei sich gegenüberliegenden Stromschienen kann beispielsweise mittels einer formschlüssigen Verbindung oder mittels einer stoffschlüssigen Verbindung erfolgen.
Insbesondere bei einer stoffschlüssigen Verbindung wie beispielsweise dem (Laser- oder Widerstands-)Schweißen ist der Einsatz eines elektrisch-isolierenden Isolationsmittels im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung einer elektrischen Komponente mit den Stromschienen nicht möglich, da dieses dem Temperatureintrag in der Regel nicht standhält.
Um dies zu umgehen werden Stromschienen, die im elektrischen Betrieb ein unterschiedliches Potential aufweisen, derart ausgeführt und voneinander entfernt (nicht überlappend) angeordnet, dass sie Luft- und Kriechstrecken ohne Isolationsmittel einzuhalten vermögen.
Derart wird jedoch die Induktivität erhöht und der Wirkungsgrad verringert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass eine sichere, nämlich luft- sowie kriechstreckenkonforme, niederinduktive elektrische Verbindung zu einer elektrischen Komponente geschaffen werden kann.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Als eine Luftstrecke im elektrischen Kontext bezeichnet man im Allgemeinen die kürzeste Entfernung zwischen zwei elektrischen Leitern, im vorliegenden Fall der beiden Stromschienen unterschiedlichen Potentials im elektrischen Betrieb. Die Kriechstrecke im elektrischen Kontext beschreibt die kürzeste Entfernung entlang der Oberfläche eines (festen) Isoliermittels zwischen zwei elektrischen Leitern, also Stromschienen unterschiedlichen Potentials im elektrischen Betrieb.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente und umfasst eine erste Stromschiene und eine zweite Stromschiene, wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene im elektrischen Betrieb zueinander ein unterschiedliches Potential aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein erstes Isolationselement und ein zweites Isolationselement, wobei das erste Isolationselement und das zweite Isolationselement teilweise axial überlappend, jedoch radial beabstandet zumindest teilweise zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene angeordnet sind.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist zumindest die erste Stromschiene ein Kontaktierungsmittel zur elektrischen Kontaktierung auf, wobei im Bereich des Kontaktierungsmittels das zweite Isolationselement angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung können die beiden Stromschienen mit unterschiedlichem Potential im elektrischen Betrieb ohne Sicherheitseinschränkungen weitgehend überlappend (axial und radial), parallel zueinander angeordnet werden. Das optimierte Isolationskonzept führt zu einer Reduktion der Induktivität und zu einer Verbesserung der Funktion der Vorrichtung, denn eine Verringerung der Induktivität ermöglicht höhere Schaltfrequenzen und somit höhere Wirkungsgrade.
Bevorzugt ist das erste Isolationselement als elektrisch isolierende Folie ausgeführt, wobei die Folie vorzugsweise an einer der zweiten Stromschiene zugewandten Fläche der ersten Stromschiene angeordnet ist.
Das zweite Isolationselement ist bevorzugt als elektrisch isolierendes, geformtes Bauteil ausgeführt.
Das Kontaktierungsmittel kann als eine Kontaktierungsöffnung zur Aufnahme eines form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungsmittels, wie beispielsweise einer Schraube oder eines Bolzens, über das die erste Stromschiene mit einem entsprechenden Anschlusselement einer elektrischen Komponente elektrisch verbunden ist oder als eine Kontaktierungsfläche zur stoffschlüssigen elektrischen Verbindung mit einem entsprechenden Anschlusselement der elektrischen Komponente, beispielsweise über eine (Laser- oder Widerstands-)Schweißung, ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Vorrichtung ist das Kontaktierungsmittel als eine Kontaktierungsöffnung ausgeführt und das zweite Isolationselement bevorzugt topfförmig ausgebildet, wobei sich die Kontaktierungsöffnung und eine Öffnung des topfförmigen zweiten Isolationselements axial sowie radial überdecken.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Vorrichtung ist das Kontaktierungsmittel als eine Kontaktierungsfläche an einer von der zweiten Stromschiene abgewandten Fläche der ersten Stromschiene ausgeführt und das zweite Isolationselement derart ausgebildet, dass es im Bereich der Kontaktierungsfläche an einer der zweiten Stromschiene zugewandten Fläche der ersten Stromschiene an dieser anliegt.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante.
2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene C-C gemäß 1.
3 zeigt eine Detaildarstellung aus 1.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A gemäß 3.
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B gemäß 3.
6 zeigt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.
7 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene C-C gemäß 6.
8 zeigt eine Detaildarstellung aus 6.
9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A gemäß 8.
10 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B gemäß 8.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 bis 10 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, wobei in 1 bis 5 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt ist und in 6 bis 10 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt ist.
Die Vorrichtung 1 ist in beiden Ausführungsvarianten mit einer elektrischen Komponente, nämlich einem Leistungsmodul verbunden.
Die Vorrichtung 1 weist zwei Stromschienen, nämlich eine erste Stromschiene 2 und eine zweite Stromschiene 3 auf. Im elektrischen Betrieb weisen die beiden Stromschienen 2, 3 zueinander ein unterschiedliches Potential P-, P+ auf. Im vorliegenden Fall weist die erste Stromschiene 2 ein negatives Potential P- und die zweite Stromschiene 3 ein positives Potential P+ auf (1, 3, 6, 8).
Die erste Stromschiene 2 und die zweite Stromschiene 3 sind parallel zueinander, jedoch radial, nämlich in z-Richtung, voneinander beabstandet angeordnet.
Die Richtungsangabe „axial“ entspricht in einer Richtung entlang oder parallel zur y-Richtung. Die Richtungsangabe „radial“ entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer z-Richtung.
Beide Stromschienen 2, 3 sind mit Anschlusselementen 8 des Leistungsmoduls formschlüssig (erste Ausführungsvariante) oder stoffschlüssig (zweite Ausführungsvariante) verbunden. Die Anschlusselemente 8 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Weiterhin sind die Anschlusselemente 8 in x-Richtung voneinander beabstandet und überlappen nicht (1, 3, 6, 8). Sie können je nach Ausführungsvariante eine Kontaktierungsöffnung 6a' oder eine Kontaktierungsfläche 6b' aufweisen. Die geometrische Ausführung der Stromschienen 2, 3 ist in beiden dargestellten Ausführungsvarianten einfach gehalten, d.h. es sind keine Prägungen oder Sicken notwendig, um die stoff- oder form- bzw. kraftschlüssige und elektrische Verbindung herzustellen. Dadurch lässt sich ein fertigungs-, toleranz- und kostenoptimiertes Design umsetzen.
Zwischen der ersten Stromschiene 2 und der zweiten Stromschiene 3 sind zwei Isolationselemente, nämlich ein erstes Isolationselement 4 und ein zweites Isolationselement 5, angeordnet. Die Isolationselemente 4, 5 haben die Aufgabe, die beiden Stromschienen 2, 3 gegeneinander elektrisch zu isolieren.
Das erste Isolationselement 4 und das zweite Isolationselement 5 sind axial, also in y-Richtung, überlappend, jedoch radial, also in z-Richtung, beabstandet zumindest teilweise (abhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante) zwischen der ersten Stromschiene 2 und der zweiten Stromschiene 3 angeordnet.
Zumindest die erste Stromschiene 2 weist ein Kontaktierungsmittel 6 zur elektrischen Kontaktierung mit dem Leistungsmodul, genauer mit dessen jeweiligem Anschlusselement 8, auf. Im Bereich des Kontaktierungsmittels 6 ist das zweite Isolationselement 5 angeordnet.
Das erste Isolationselement 4 ist in beiden Ausführungsvarianten der Vorrichtung 1 als elektrisch isolierende Folie ausgeführt, die an einer der zweiten Stromschiene 3 zugewandten Fläche der ersten Stromschiene 2 angeordnet, nämlich auf diese laminiert oder geklebt, ist. Das zweite Isolationselement 5 ist als elektrisch isolierendes, geformtes Bauteil ausgeführt. In den beiden vorliegenden Ausführungsvarianten als Kunststoff-Spritzgussteil.
In der ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 gemäß 1 bis 5 ist das Kontaktierungsmittel 6 als eine Kontaktierungsöffnung 6a ausgeführt und eignet sich zur Aufnahme eines form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungsmittels 11, über das die Vorrichtung 1 mit dem Leistungsmodul, genauer dem jeweiligen Anschlusselement 8 des Leistungsmoduls, elektrisch verbunden wird. In dem vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmittel 11 als Schraube ausgeführt.
Diese Schraube erfordert die Kontaktierungsöffnung 6a der ersten Stromschiene 2 und eine Durchführungsöffnung 9 der gegenüberliegenden, parallel zur ersten Stromschiene 2 geführten zweiten Stromschiene 3, wobei die Durchführungsöffnung 9 und die Kontaktierungsöffnung 6a axial sowie radial überlappen. Weiterhin weist das jeweilige Anschlusselement 8 eine entsprechende Kontaktierungsöffnung 6a' auf.
Das zweite Isolationselement 5 ist als elektrisch isolierendes, geformtes Bauteil im Wesentlichen topfförmig mit einem Kragen 10 ausgeführt, wobei sich der Kragen 10 im Wesentlichen axial, also in z-Richtung, ausgehend von einer Öffnung 7 des topfförmig ausgebildeten zweiten Isolationselements 5 zwischen den beiden Stromschienen 2, 3 erstreckt. Der topfförmige Teil des zweiten Isolationselements 5 erstreckt sich durch die Durchführungsöffnung 9 der zweiten Stromschiene 3 Die Öffnung 7 des topfförmigen zweiten Isolationselements 5 überlappt in axialer sowie radialer Richtung mit der Kontaktierungsöffnung 6a der ersten Stromschiene 2 sowie der Kontaktierungsöffnung 6a' des Anschlusselements 8. Die einseitig geschlossene topfförmige Ausführung des zweiten Isolationselements 5 ermöglicht es insbesondere die Anforderungen an die technische Sauberkeit zu erfüllen, denn bei Schrauben können sich beispielsweise Partikel im Mutter- oder Schraubengewinde lösen und in den Innenraum, d.h. in den Bereich zwischen der ersten Stromschiene 2 und der zweiten Stromschiene 3 in dem insbesondere das erste Isolationselement 4 angeordnet ist, gelangen.
Im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 6 bis 10 ist das Kontaktierungsmittel 6 als eine Kontaktierungsfläche 6b ausgeführt und eignet sich zur stoffschlüssigen (elektrischen) Verbindung mit dem Leistungsmodul, genauer dem jeweiligen Anschlusselement 8 des Leistungsmoduls. Die Kontaktierungsfläche 6b ist an der ersten Stromschiene 2 an einer von der zweiten Stromschiene 3 abgewandten Fläche der ersten Stromschiene 2 ausgeführt. Das zweite Isolationselement 5 ist derart angeordnet, dass es im Bereich der Kontaktierungsfläche 6b an einer der zweiten Stromschiene 3 zugewandten Fläche der ersten Stromschiene 2 an dieser anliegt.
Die zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 eignet sich also zur stoffschlüssigen Verbindung, in dem vorliegenden Fall zur Verschweißung, der Kontaktierungsfläche 6b mit einem geeignet ausgebildeten jeweiligen Anschlusselement 8 des Leistungsmoduls.
Das zweite Insolationselement 5 ist hier entsprechend geometrisch sowie werkstofftechnisch ausgelegt, damit es die thermische Belastung während des (Ver- )Schweißens unbeschadet übersteht.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Erste Stromschiene
3: Zweite Stromschiene
4: Erstes Isolationselement
5: Zweites Isolationselement
6: Kontaktierungsmittel
6a: Kontaktierungsöffnung
6b: Kontaktierungsfläche
7: Öffnung (des topfförmigen zweiten Isolationselements)
8: Anschlusselement
9: Durchführungsöffnung
10: Kragen
11: Verbindungsmittel (Schraube)
P+: Positives Potential
P-: Negatives Potential
x: x-Richtung
y: y-Richtung
z: z-Richtung

Claims

Vorrichtung (1) zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer elektrischen Komponente umfassend - eine erste Stromschiene (2), - eine zweite Stromschiene (3), wobei die erste Stromschiene (2) und die zweite Stromschiene (3) im elektrischen Betrieb zueinander ein unterschiedliches Potential (P-, P+) aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, - ein erstes Isolationselement (4) und - ein zweites Isolationselement (5), wobei das erste Isolationselement (4) und das zweite Isolationselement (5) teilweise axial überlappend, jedoch radial beabstandet zumindest teilweise zwischen der ersten Stromschiene (2) und der zweiten Stromschiene (3) angeordnet sind, wobei zumindest die erste Stromschiene (2) ein Kontaktierungsmittel (6) zur elektrischen Kontaktierung mit einer elektrischen Komponente aufweist, wobei im Bereich des Kontaktierungsmittels (6) das zweite Isolationselement (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Isolationselement (4) als elektrisch isolierende Folie ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie an einer der zweiten Stromschiene (3) zugewandten Fläche der ersten Stromschiene (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Isolationselement (5) als elektrisch isolierendes, geformtes Bauteil ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (6) als eine Kontaktierungsöffnung (6a) zur Aufnahme eines form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungsmittels (11) oder als eine Kontaktierungsfläche (6b) zur stoffschlüssigen Verbindung mit einem Anschlusselement (8) ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (6) eine Kontaktierungsöffnung (6a) ist und dass das zweite Isolationselement (5) topfförmig ausgeführt ist, wobei die Kontaktierungsöffnung (6a) und eine Öffnung (7) des topfförmigen zweiten Isolationselements (5) sich axial und radial überdecken.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel (6) eine Kontaktierungsfläche (6b) an einer von der zweiten Stromschiene (3) abgewandten Fläche der ersten Stromschiene (2) ist und dass das zweite Isolationselement (5) derart ausgeführt ist, dass es im Bereich der Kontaktierungsfläche (6b) an einer der zweiten Stromschiene (3) zugewandten Fläche der ersten Stromschiene (2) an dieser anliegt.