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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseteil für eine elektrische Komponente, insbesondere eine elektrisch antreibbare Strömungsmaschine. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine elektrische Komponente, insbesondere eine elektrisch antreibbare Strömungsmaschine, mit einem erfindungsgemäßen Gehäuseteil.
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Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Elektrofahrzeuge und/oder Brennstoffzellenfahrzeuge.
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Stand der Technik
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Ein Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug weist eine Vielzahl elektrischer Komponenten auf, die an eine Stromversorgung angeschlossen werden müssen. Häufig werden hierzu Steckverbindersysteme mit zwei ineinander steckbaren Kontaktteilen in Form eines Pins und einer Buchse eingesetzt. Der elektrische Anschluss ist auf diese Weise besonders einfach realisierbar.
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Aus der
DE 10 2017 213 093 A1 geht beispielhaft ein Steckverbindersystem für Hochstromanwendungen hervor, das einen elektrischen Steckkontakt sowie einen hierin einsteckbaren Kontaktpin umfasst. Im eingesteckten Zustand steht der Kontaktpin mit einem Lamelleneinsatz des Steckkontakts in mechanischem und elektrischem Kontakt. Der Lamelleneinsatz weist mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Lamellen auf, die nach radial innen vorgebogen sind, so dass die Lamellen radial innen den Kontaktpin und radial außen einen buchsenartigen Kontaktkörper des Steckkontakts kontaktieren. In radialer Richtung ist der Lamelleneinsatz federnd ausgebildet, so dass mit Hilfe des Lamelleneinsatzes Durchmessertoleranzen des Kontaktkörpers und/oder des Kontaktpins ausgleichbar sind.
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Bei der Herstellung einer Steckverbindung werden die Kontaktteile, insbesondere der Kontaktpin, durch ein Gehäuseteil der anzuschließenden elektrischen Komponente geführt. Da dieses häufig aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gefertigt ist, müssen die Kontaktteile, insbesondere der Kontaktpin, gegenüber dem Gehäuseteil elektrisch isoliert werden. Das heißt, dass die Kontaktteile keinen direkten Kontakt zum Gehäuseteil haben dürfen. Wird die elektrische Isolierung über einen Luftspalt erreicht, müssen Maßnahmen zur Vermeidung eines elektrischen Überschlags getroffen werden, beispielsweise durch einen ausreichend groß dimensionierten Luftspalt. Dies geht jedoch in der Regel mit einem erhöhten Bauraumbedarf einher.
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Die vorliegende Erfindung versucht hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere soll die Isolationsfestigkeit einer elektrischen Komponente im Bereich einer Gehäusedurchführung eines elektrischen Leiters erhöht werden.
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Als Lösung werden das Gehäuseteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die elektrische Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bei der elektrischen Komponente kann es sich insbesondere um eine elektrisch antreibbare Strömungsmaschine handeln, die beispielsweise zur Luftverdichtung in einem Brennstoffzellenfahrzeug einsetzbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird ein Gehäuseteil, das eine Ausnehmung aufweist, in der ein elektrischer Leiter, beispielsweise ein Kontaktpin, aufgenommen ist. Der elektrische Leiter ist dabei zur elektrischen Isolierung gegenüber dem Gehäuseteil abschnittsweise von einem ersten Steckerteil aus einem elektrisch nichtleitenden Material sowie abschnittsweise von einem zweiten Steckerteil aus einem elektrisch nichtleitenden Material umgeben. Die beiden Steckerteile weisen dabei ineinandergreifende hohlzylinderförmige Endabschnitte auf, so dass in einem Überlappungsbereich der elektrische Leiter durch beide Steckerteile gegenüber dem Gehäuseteil elektrisch isoliert ist.
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Bei dem vorgeschlagenen Gehäuseteil wird die elektrische Isolierung mit Hilfe zweier Steckerteile realisiert, die den elektrischen Leiter jeweils abschnittsweise umgeben und aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt sind. Die beiden Steckerteile können dabei, insbesondere im Überlappungsbereich, vergleichsweise dünnwandig ausgebildet werden, so dass der radiale Bauraumbedarf gering ist. Ein Luftspalt zwischen dem elektrischen Leiter und dem Gehäuseteil müsste größer ausgelegt werden, um eine Kriechbewegung entlang der Oberfläche der Steckerteile und damit einen elektrischen Überschlag zu verhindern. Über die Länge der beiden Steckerteile kann zudem die Länge der Isolationsstrecke vorgegeben werden. Da die Länge der beiden Steckerteile grundsätzlich flexibel ist, kann hierüber eine Anpassung an die jeweiligen Isolationsanforderungen vorgenommen werden. Ferner kann Material eingespart werden.
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Die ineinandergreifenden hohlzylinderförmigen Endabschnitte der beiden Steckerteile führen zudem zur Ausbildung einer verlängerten Kriechstrecke zwischen dem potentialführenden Leiter und dem Potential des Gehäuseteils. Entsprechend steigt die Isolationsfestigkeit der Anordnung, ohne dass zugleich der Bauraumbedarf steigt.
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Bevorzugt ist im Überlappungsbereich ein umlaufender Luftspalt zwischen den beiden Steckerteilen ausgebildet, so dass die Steckerteile relativ zueinander beweglich sind. Dies ermöglicht ein einfaches Lösen der Steckverbindung, beispielsweise zu Austausch- oder Reparaturzwecken.
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Ferner bevorzugt ist zwischen einem der beiden Steckerteile und dem Gehäuseteil ein umlaufender Luftspalt ausgebildet, so dass das Steckerteil gegenüber dem Gehäuseteil beweglich ist. Auch diese Maßnahme dient dazu, bei Bedarf ein einfaches Lösen der Steckverbindung zu ermöglichen. Das bewegliche Steckerteil kann dann leicht aus dem Gehäuseteil gezogen werden. Das andere Steckerteil ist vorzugsweise mit dem Gehäuseteil fest verbunden.
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Der elektrische Leiter kann integraler Bestandteil des ersten Steckerteils oder des zweiten Steckerteils sein. Das heißt, dass der elektrische Leiter beim Lösen der Steckverbindung mit dem beweglichen Steckerteil aus dem Gehäuseteil herausgezogen wird, oder im jeweils anderen Steckerteil verbleibt. Beide Ausführungsformen sind grundsätzlich möglich.
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Analog kann wahlweise das erste Steckerteil oder das zweite Steckerteil integraler Bestandteil des Gehäuseteils sein. Das heißt, dass ein Steckerteil im Gehäuseteil fest verbaut ist, während das andere relativ beweglich gegenüber dem Gehäuseteil ist, um bei Bedarf die Steckverbindung zu lösen. Das bewegliche Steckerteil kann dabei als separater Stecker ausgeführt oder integraler Bestandteil eines weiteren Gehäuseteils sein, das mit dem ersten Gehäuseteil verbindbar, beispielsweise auf dieses aufsteckbar ist. Die beiden Gehäuseteile ergänzen sich dann zu einem Gehäuse einer elektrischen Komponente. Bei der elektrischen Komponente kann es sich insbesondere um eine Strömungsmaschine handeln, die elektromotorisch angetrieben wird. Hierzu kann die Strömungsmaschine einen Stator und einen Rotor aufweisen, wobei der Stator zur Stromversorgung an den elektrischen Leiter angeschlossen ist. Der Anschluss kann beispielsweise mittelbar über eine Stromschiene erfolgen.
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Die beiden Steckerteile eines erfindungsgemäßen Gehäuseteils sind vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff gefertigt. Die Steckerteile können dann in einem einfachen Spritz- oder Spritzgussverfahren kostengünstig hergestellt werden. Um die Länge der hohlzylinderförmigen Endabschnitte zu variieren, können auswechselbare Werkzeugeinsätze verwendet werden. Die gleichen Werkzeuge können dann zur Herstellung unterschiedlicher Steckerteile eingesetzt werden. Das Verfahren kann dadurch noch kostengünstiger gestaltet werden.
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Darüber hinaus wird eine elektrische Komponente, insbesondere eine elektrisch antreibbare Strömungsmaschine, vorgeschlagen, die einen Elektromotor sowie ein erfindungsgemäßes Gehäuseteil umfasst. Der elektrische Leiter des Gehäuseteils ist dabei mit einem Stator des Elektromotors, insbesondere mit einer Wicklung des Stators, elektrisch leitend verbunden. Der Stator kann somit über den elektrischen Leiter mit Strom versorgt werden. Der elektrische Leiter ist dabei bevorzugt nicht unmittelbar, sondern mittelbar über mindestens ein weiteres stromführendes Bauteil, mit dem Stator bzw. der Wicklung des Stators elektrisch leitend verbunden
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Ferner bevorzugt ist der elektrische Leiter mit dem Stator über mindestens ein Kontaktteil, beispielsweise eine Stromschiene und/oder eine Kontaktbuchse, elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise kann eine Distanz zwischen dem elektrischen Leiter und dem Stator überwunden werden. Zudem kann eine größere Flexibilität hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Komponente geschaffen werden.
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Das erste oder zweite Steckerteil ist vorzugsweise in einem weiteren Gehäuseteil aufgenommen, das mit dem ersten Gehäuseteil, vorzugsweise lösbar, verbunden ist. Die Steckverbindung zwischen den beiden Steckerteilen kann somit bei der Montage des Gehäuses durch Verbinden der beiden Gehäuseteile hergestellt werden. Alternativ kann das Steckerteil, das nicht integraler Bestandteil des ersten Gehäuseteils ist, ein mit dem ersten Gehäuseteil verbindbares weiteres Gehäuseteil ausbilden, so dass die Bauteilzahl gesenkt wird.
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Des Weiteren können mehrere erste oder zweite Steckerteile integraler Bestandteil des ersten Gehäuseteils sein, um beispielsweise einen mehrpoligen elektrischen Anschluss zu realisieren. Diese sind dann mit mehreren zweiten bzw. ersten Steckerteilen verbunden, die in dem weiteren Gehäuseteil aufgenommen sind bzw. das weitere Gehäuseteil ausbilden. Das weitere Gehäuseteil kann demnach insbesondere als Steckerbaugruppe ausgebildet sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäuseteil einer Strömungsmaschine im Bereich zweier ineinandergreifender Steckerteile, a) gemäß der Erfindung, b) gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine im Bereich der Wicklung eines Stators und
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Gehäuseteil.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt lediglich einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gehäuseteils 1, da dieses grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen kann. Das Gehäuseteil 1 weist eine Ausnehmung 3 auf, in der ein elektrischer Leiter 4 sowie ein erstes und ein zweites Steckerteil 5, 6 aufgenommen sind, die den elektrischen Leiter 4 abschnittsweise umgeben. Die Steckerteile 5, 6 sind aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff, gefertigt, so dass hierüber der elektrische Leiter 4 gegenüber dem Gehäuseteil 1 elektrisch isoliert ist. Der elektrische Leiter 4 ist vorliegend als Kontaktpin ausgeführt, der mit dem ersten Steckerteil 5 fest verbunden ist. Die Verbindung des Kontaktpins mit dem zweiten Steckerteil 6 ist eine Steckverbindung und somit bei Bedarf lösbar. Der Kontaktpin wird dann zusammen mit dem ersten Steckerteil 5 aus der Ausnehmung 3 des Gehäuseteils 1 gezogen. Dies ist möglich, da einerseits zwischen dem ersten Steckerteil 5 und dem zweiten Steckerteil 6 ein umlaufender Luftspalt 10 sowie andererseits zwischen dem ersten Steckerteil 5 und dem Gehäuseteil 1 ein umlaufender Luftspalt 11 vorgesehen sind. Das zweite Steckerteil 6 ist integraler Bestandteil des Gehäuseteils 1 und demnach fest mit dem Gehäuseteil 1 verbunden.
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Neben der in der 1 dargestellten Ausführungsform kann grundsätzlich auch das erste Steckerteil 5 integraler Bestandteil des Gehäuseteils 1 sein, so dass das zweite Steckerteil 6 ein- und aussteckbar ist. Der elektrische Leiter 4 kann wahlweise in das erste Steckerteil 5 oder in das zweite Steckerteil 6 integriert sein, so dass dieser beim Ein- und Ausstecken eines Steckerteils 5, 6 im Gehäuseteil 1 verbleibt oder mit ein- und ausgesteckt wird.
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1 zeigt in der oberen Hälfte (a) eine erfindungsgemäße Ausführungsform der beiden Steckerteile 5, 6 und in der unteren Hälfte (b) eine bekannte Ausführungsform. Anhand der Gegenüberstellung sollen die Vorteile der Erfindung verdeutlicht werden.
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Gemäß der 1 (a) weisen die beiden Steckerteile 5, 6 hohlzylinderförmig ausgebildete Endabschnitte 7, 8 auf, die ineinandergreifen. In einem Überlappungsbereich 9 ist somit der elektrische Leiter 4 doppelt gegenüber dem Gehäuseteil 1 elektrisch isoliert. Dies verhindert nicht nur einen elektrischen Überschlag vom elektrischen Leiter 4 auf das Gehäuseteil 1 über einen Luftspalt 18 (siehe 1(b)), sondern führt zudem zu einer Verlängerung einer Kriechstrecke 13. Die Länge der Kriechstrecke 13 kann über die Länge der hohlzylinderförmigen Endabschnitte 7, 8 der Steckerteile 5, 6 vorgegeben werden, so dass sie den jeweiligen Gegebenheiten anpassbar ist. Zudem wird in radialer Richtung wenig Bauraum benötigt, so dass der Luftspalt 18 nicht vergrößert werden muss. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der beiden Steckerteile 5, 6 erhöht somit die Isolationsfestigkeit der Steckverbindung ohne zugleich den Bauraumbedarf zu erhöhen. Auf diese Weise kann eine sichere und kompakte Anordnung geschaffen werden, die über die Länge der hohlzylinderförmigen Endabschnitte 7, 8 der beiden Steckerteile 5, 6 flexibel anpassbar ist.
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Das in der 1 dargestellte Gehäuseteil 1 ist Teil eines Gehäuses einer elektrischen Komponente 2, beispielsweise einer Strömungsmaschine. Eine solche Strömungsmaschine ist beispielhaft in der 3 dargestellt. Sie kann in einem Brennstoffzellenfahrzeug zur Luftverdichtung eingesetzt werden. Die in der 3 dargestellte Strömungsmaschine wird elektromotorisch angetrieben. Hierzu weist sie einen Stator 14 mit einer Wicklung 15 auf (siehe 2).
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Wie beispielhaft in der 2 dargestellt, kann die Wicklung 15 von einer Verkapselung 16 umgeben sein, in die ein Kontaktteil 12 der Wicklung 15 hineinragt, um eine elektrisch leitende Verbindung mit dem elektrischen Leiter 4 des Gehäuseteils 1 oder einem weiteren Kontaktteil, wie beispielsweise eine Stromschiene (nicht dargestellt), herzustellen. Andernends ist der elektrische Leiter 4 ebenfalls mit einem stromführenden Element (nicht dargestellt) verbunden, um den Anschluss an eine externe Stromversorgung herzustellen.
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Der Anschluss an die externe Stromversorgung wird bei der in der 3 dargestellten Strömungsmaschine über ein weiteres Gehäuseteil 17 hergestellt, das mit dem ersten Gehäuseteil 1 verbunden ist. Das erste Steckerteil 5 ist mit dem Gehäuseteil 17 fest verbunden bzw. einstückig mit diesem ausgebildet. Beim Verbinden der beiden Gehäuseteile 1, 17 wird das erste Steckerteil 5 in die Ausnehmung 3 des ersten Gehäuseteils 1 eingesteckt, so dass die beiden hohlzylinderförmigen Endabschnitte 7, 8 der beiden Steckerteile 5, 6 ineinandergreifen und die in der 1 (a) dargestellte Steckverbindung ausgebildet wird. Diese wird vorliegend nicht nur einmal, sondern dreimal ausgebildet, da das weitere Gehäuseteil 17 drei Kabelabgänge 19 aufweist und somit drei erste Steckerteile 5 ausbildet, die mit drei zweiten Steckerteilen 6 verbindbar sind, die in das erste Gehäuseteil 1 integriert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213093 A1 [0004]
