-
Die Erfindung betrifft eine Stromschienenanordnung mit wenigstens einer Stromschiene. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, eine Leistungshalbleitervorrichtung, einen elektrischen Achsantrieb und einen Hybridantrieb.
-
Bei bekannten Wechselrichtern in Kraftfahrzeugen wird für jede Phase eine eigene Stromschiene verwendet, um den Strom von den Leistungshalbleitern zum Elektromotor zu transportieren. Dabei werden die Stromschienen separat isoliert bereitgestellt. Die Isolation erfolgt abgesehen von den Enden, die zur Kontaktierung frei bleiben, über die gesamte Oberfläche. Es ist bekannt, dass für diesen Einsatzbereich „vollständig“ umspritzte Stromschienen eingesetzt werden, an denen zumeist nur die Anschlussstellen zur Kontaktierung frei bleiben. Das Umspritzen dient dabei vorrangig zur Isolierung und Fixierung der Stromschienen. Durch den Herstellungsprozess bzw. die umgebende Kunststoffhüllen sind derartige Bauteile jedoch sehr steif ausgeführt und wenig flexibel. Es ist also kaum Toleranzausgleich durch das umspritzte Bauteil selbst möglich, wodurch oftmals eine sehr hohe Positionierungsgenauigkeit an der Kontaktierungsstelle gefordert ist.
-
Ferner werden Litzenleiter zur Stromführung eingesetzt. Derartige Leiter sind bspw. durch Schrumpfschläuche isoliert und weisen eine sehr hohe Flexibilität auf. Sie haben jedoch den Nachteil, dass diese nur schwierig eine definierte Position einnehmen und daher zusätzlich in ihrer Lage gesichert werden müssen.
-
Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromschienenanordnung, eine Leistungshalbleitervorrichtung, einen elektrischen Achsantrieb, einen Hybridantrieb und ein Kraftfahrzeug anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
-
Zur Lösung dieses Problems wird eine Stromschienenanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Abschnitt der Stromschiene und ein zweiter Abschnitt der Stromschiene mit einem Isolationsmaterial ummantelt sind und ein zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt liegender dritter Abschnitt ummantelungsfrei ausgebildet ist.
-
Die Stromschiene ist ein elektrisches Bauteil, welches ausgebildet ist, elektrischen Strom von einem Punkt zu einem anderen Punkt zu transportieren. Im Unterschied zu einem Kabel ist die Stromschiene weniger flexibel ausgebildet. Die Stromschiene ist bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Kupfer, ausgebildet. Bevorzugt ist die Stromschiene als Streifen ausgebildet, wobei sich die Stromschiene in eine Längsrichtung erstreckt, die Breite der Stromschiene deutlich geringer als deren Länge ausgebildet ist und die Dicke der Stromschiene wiederum deutlich geringer als deren Breite ausgebildet ist. Vorteilhafterweise weist die Stromschiene in dieser Ausgestaltung eine flächige Form auf, wobei die größten Flächen der Stromschiene als Hauptflächen bezeichnet werden. Entlang der Längsrichtung der Stromschiene sind ein erster und ein zweiter Abschnitt ausgebildet, welche durch einen dritten Abschnitt voneinander getrennt sind. Darüber hinaus können die Abschnitte frei entlang der Längsrichtung der Stromschiene verortet sein. Der erste und der zweite Abschnitt sind von einem Isolationsmaterial ummantelt, wobei die Ummantelung durch den zwischen erstem und zweiten Abschnitt liegenden dritten Abschnitt unterbrochen ist. Die Ummantelung weist vorteilhafterweise weitere Aussparungen an den Enden der Stromschiene auf, wodurch die ummantelte Stromschiene elektrisch kontaktierbar ist. Die Ummantelung mit Isolationsmaterial kann insbesondere im ersten Abschnitt zu einer Versteifung der Stromschiene beitragen, wobei durch die Unterbrechung der Ummantelung im dritten Abschnitt eine Flexibilität insbesondere zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Stromschiene erhalten bleibt.
-
Vorteilhafterweise kann die Stromschiene im dritten Abschnitt eine Biegung, insbesondere eine Z-förmige Biegung, aufweisen. Durch die Z-förmige Biegung im dritten Abschnitt der Stromschiene wird insbesondere eine Stufe in der Stromschiene ausgebildet. Die Biegung, insbesondere eine Z-förmige Biegung, im dritten Abschnitt der Stromschiene führt zu einem Versatz zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Stromschiene in Richtung der Hauptflächennormalen. Durch die Biegung im dritten Abschnitt der Stromschiene ist eine höhere Flexibilität zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Stromschiene bereitgestellt, um insbesondere höhere Fertigungstoleranzen zu ermöglichen.
-
Vorzugsweise ist der zweite Bereich gegenüber dem ersten Bereich quer zur Längsrichtung der Stromschienenanordnung versetzt angeordnet.
-
Der Versatz des zweiten Bereichs gegenüber dem ersten Bereich ist insbesondere senkrecht zur Hauptflächennormalen ausgebildet. Unter einem Versatz quer zur Längsrichtung ist ein Versatz zu verstehen, welcher nicht ausschließlich in Längsrichtung der Stromschienenanordnung ausgebildet ist.
-
Bevorzugt weist die Stromschienenanordnung wenigstens zwei Stromschienen auf, welche im ersten Abschnitt gestapelt angeordnet sind. Insbesondere weist die Stromschienenanordnung drei Stromschienen auf. Weiterhin kann die Stromschienenanordnung ein Vielfaches von drei Stromschienen aufweisen. Die Stapelung der Stromschiene im ersten Abschnitt ist insbesondere in Richtung der Hauptflächennormalen der Stromschienen ausgebildet. Durch die Stapelung in Richtung der Hauptflächennormalen liegen sich die Hauptflächen benachbarter Stromschienen insbesondere planparallel gegenüber oder können überlappen
-
Vorteilhafterweise sind die Stromschienen durch wenigstens einen Isolationseinleger voneinander getrennt. Die Stromschienen können im elektrischen Betrieb auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen. Um die Stromschienen untereinander elektrisch zu isolieren, sind diese durch den Isolationsträger voneinander getrennt. Bevorzugt ist der Isolationsträger aus einem Kunststoff gefertigt. Die Isolationsträger sind bevorzugt zwischen den überlappenden Bereichen gegenüberliegender Stromschienen angeordnet und sind an deren Kontur angepasst. Die Isolationsträger sind bevorzugt im ersten und dritten Abschnitt der Stromschienen ausgebildet. Vorteilhafterweise ragen die Isolationsträger über den überlappenden Bereich der Stromschienen hinaus und/oder weißen eine hochgezogene Kante auf, welche die schmalste Seite der benachbarten Stromschienen einfasst, um die elektrische Kriechstrecke zwischen diesen Stromschienen zu vergrößern. Vorzugsweise sind auf den Hauptflächen des Isolationseinlegers Pins ausgebildet, welche in Durchbrüche der gegenüberliegenden Stromschiene eingreifen, um die Stromschienen zu den Isolationseinlegern zu positionieren. Durch die Pins des Isolationseinlegers, welche, beispielsweise als Presspassung, in die Durchbrüche in der Stromschiene eingreifen, können Isolationseinleger und Stromschiene insbesondere kraftschlüssig miteinander verbindbar sein, um eine Vorbaugruppe zu bilden.
-
Vorzugsweise weist die Stromschienenanordnung wenigstens zwei Stromschienen auf, welche im zweiten Abschnitt parallel nebeneinander angeordnet sind.
-
Die parallele Anordnung der zweiten Abschnitte der Stromschienen kann insbesondere durch den in Anspruch 3 beschrieben Versatz bereitgestellt sein. Durch die parallele Anordnung liegen die zweiten Abschnitte der Stromschienen nicht gegenüber und überlappen auch nicht. Bevorzugt liegen die Hauptflächen der zweiten Abschnitte der Stromschienen in einer Ebene.
-
Bevorzugt weist die Stromschienenanordnung wenigstens zwei Stromschienen auf, welche im dritten Abschnitt teilweise überlappend angeordnet sind. Im dritten Abschnitt überlappen die Stromschienen nicht vollständig, was insbesondere auf die zuvor beschrieben Versatze zurückzuführen ist, welche im dritten Abschnitt ausgebildet sind. Bevorzugt sind die überlappenden Bereiche durch Isolationseinleger voneinander getrennt.
-
Vorteilhafterweise weist die Stromschiene im ersten Abschnitt eine Kontaktfeder zur elektrischen Kontaktierung auf. Eine Kontaktfeder ist bevorzugt fester Bestandteil des Körpers der zugehörigen Stromschiene und dadurch ausgezeichnet, dass sie aus einer Seite der Stromschiene herausragt. Die Kontaktfeder ist insbesondere nicht mit einem Isolationsmaterial ummantelt. Die Kontaktfeder weist vorzugsweise eine Durchbrechung, beispielsweise eine Bohrung, zur einfacheren elektrischen Kontaktierung, beispielsweise durch eine Verschraubung, auf.
-
Vorteilhafterweise ist die Kontaktfeder an einer Seite der Stromschiene angeordnet. Die Kontaktfeder ragt bevorzugt quer zur Längsrichtung aus der Stromschiene heraus. Vorzugsweise erstreckt sich die Feder über einen Teilbereich des ersten Abschnitts der Stromschiene. Umfasst die Stromschienenanordnung mindestens zwei Stromschienen, sind die Kontaktfedern der einzelnen Stromschienen vorzugsweise an unterschiedlichen Teilbereichen entlang der Längsrichtung des ersten Abschnitts angeordnet, sodass sich die Kontaktfedern nicht überlappen. Bevorzugt weisen die Kontaktfedern einen Versatz, beispielsweise durch eine Z-förmige Biegung auf, wobei der Versatz der einzelnen Kontaktfedern so bemessen ist, dass die Enden der Kontaktfedern in einer Ebene liegen.
-
Bevorzugt ist der zweite Bereich der Stromschienen gegenüber dem ersten Bereich der Stromschienen senkrecht zur Längsrichtung versetzbar angeordnet.
-
Die Biegung, insbesondere eine Z-förmige Biegung, im dritten Abschnitt der Stromschiene führt zu einem Versatz zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Stromschiene in Richtung der Hauptflächennormalen.
-
Vorzugsweise weist die Stromschienenanordnung im ersten Abschnitt und im zweiten Abschnitt eine einzige Isolierungshülle auf.
-
Eine einzige Isolierungshülle ist insbesondere aus einem einzigen zusammenhängenden Bauteil gefertigt. Die Isolierungshülle ist bevorzugt ein Spritzgussteil. Vorteilhafterweise ist die Isolierungshülle im ersten Abschnitt als direkte Umspritzung der Stromschienenanordnung ausgebildet. Dabei werden Stromschienen und Isolationseinleger in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit einer Kunststoffmasse umspritzt.
-
Alternativ kann die Isolierungshülle im ersten Abschnitt zweiteilig ausgebildet sein. Eine zweiteilige Isolierungshülle weist beispielsweise zwei Halbschalen auf, welche um eine Stromschiene herum anordenbar sind und zu einer einzigen Isolierungshülle miteinander verbindbar sind. Die Verbindung der Halbschalen kann formschlüssig, beispielsweise durch Clips, oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Klebstoff, ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Isolierungshülle im ersten Abschnitt Befestigungselemente, beispielsweise Durchbrechungen, auf, wodurch die Stromschienenanordnung, beispielsweise mittels Verschraubung, an einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einem Leistungsbauelement, befestigbar ist. Vorzugsweise ist die Isolierungshülle im dritten Abschnitt als Durchführung ausgebildet, in welche der zweite Abschnitt der Stromschiene zumindest teilweise eingeführt werden kann. Alternativ kann die Durchführung auch für eine direkte Umspritzung ausgebildet sein.
-
Vorteilhafterweise umfasst die Isolierungshülle im zweiten Abschnitt ein Elastomer, um die Flexibilität der Stromschienen im zweiten Abschnitt zu erhöhen.
-
Daneben betrifft die Erfindung eine Leistungshalbleitervorrichtung, insbesondere einen Wechselrichter, mit einer Stromschienenanordnung. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromschienenanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
-
Daneben betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb mit einer Stromschienenanordnung und/oder einer Leistungshalbleitervorrichtung. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromschienenanordnung und/oder die Leistungshalbleitervorrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
-
Daneben betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb mit einer Stromschienenanordnung und/oder einer Leistungshalbleitervorrichtung. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromschienenanordnung und/oder die Leistungshalbleitervorrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Stromschienenanordnung und/oder einer Leistungshalbleitervorrichtung und/oder mit einem elektrischen Achsantrieb und/oder einem Hybridantrieb. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromschienenanordnung und/oder die Leistungshalbleitervorrichtung und/oder der elektrische Achsantrieb und/oder der Hybridantrieb wie beschrieben ausgebildet ist.
-
Weitere Merkmale, Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den folgenden Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 eine Stromschienenanordnung,
- 3 eine Explosionsdarstellung der Stromschienenanordnung nach 2,
- 4 einen Isolationseinleger,
- 5 einen ersten Ausschnitt der Stromschienenanordnung nach 2 und
- 6 einen zweiten Ausschnitt der Stromschienenanordnung nach 2.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Stromschienenanordnung 2, als Teil einer Leistungshalbleitervorrichtung 3, welche wiederum Bestandteil eines elektrischen Achsantriebs 4 oder eines Hybridantriebs 4a ist.
-
2 zeigt eine Stromschienenanordnung 2. Die Stromschienenanordnung umfasst drei Stromschienen 5, 6 und 7 sowie zwei Isolationseinleger 8 und 9. Der erste Abschnitt 10 der Stromschienen 5, 6 und 7 und der zweite Abschnitt 11 der Stromschienen 5, 6 und 7 sind mit einem Isolationsmaterial 12 bzw. 13 ummantelt und ein zwischen dem ersten Abschnitt 10 und dem zweiten Abschnitt 11 liegender dritter Abschnitt 14 ist ummantelungsfrei ausgebildet.
-
Im ersten Abschnitt 11 sind an der Seite der Stromschienen 5, 6 und 7 Kontaktfedern 15, 16 und 17 zur elektrischen Kontaktierung angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung weisen die Kontaktfedern 15, 16 und 17 Durchbrüche 18, 19 und 20 zur Verschraubung auf. Daneben weisen die Stromschienen 5, 6 und 7 im zweiten Abschnitt 11 je einen weiteren Durchbruch 21, 22 und 23 zur weiteren elektrischen Kontaktierung auf.
-
Die Stromschienen 5, 6 und 7 sind im zweiten Abschnitt 11 gegenüber dem ersten Bereich 10 quer zur Längsrichtung der Stromschienenanordnung 2 versetzt angeordnet, wobei die Versatzlänge für jede der Stromschienen 5, 6 und 7 unterschiedlich ist. Hierdurch sind die Stromschienen 5, 6 und 7 im zweiten Abschnitt 11 parallel nebeneinander angeordnet. Die Stromschienen 5, 6 und 7 sind im dritten Abschnitt 14 teilweise überlappend angeordnet. Die Stromschienenanordnung 2 weist im ersten Abschnitt 10 und im zweiten Abschnitt 11 eine einzige Isolierungshülle 12 bzw. 13 auf, welche im ersten Abschnitt 10 als Hauptumspritzung 24 und im zweiten Abschnitt 11 als Durchführung 25 ausgebildet ist. Die Hauptumspritzung 24 ist durch einen Spritzgussprozess direkt um die Stromschienen 5, 6 und 7 sowie die Isolationseinleger 8 und 9 angeordnet und hält diese hierdurch zusammen. Durch die Hauptumspritzung 24 ist die Stromschienenanordnung 2 im ersten Abschnitt 10 versteift und gegen die Umgebung isoliert. In der Hauptumspritzung 24 sind Durchbrüche 26 ausgebildet, wodurch die Stromschienenanordnung 2 anschraubbar, beispielsweise an eine Leistungshalbleitervorrichtung 3, ausgebildet ist. Die Durchführung 25 ist beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt und auf die Enden der Stromschienen 5, 6 und 7 im zweiten Abschnitt 11 aufsteckbar oder umspritzbar ausgebildet. Durch die Durchführung 25 sind die Stromschienen 5, 6 und 7 im zweiten Abschnitt 11 zueinander positioniert und ein Isolationsabstand sichergestellt. Durch die Fertigung aus einem Elastomer erlaubt die Durchführung 25 einen Toleranzausgleich bei der Verschraubung der Stromschienen 5, 6 und 7 durch die Durchbrüche 21, 22 und 23. Die Durchführung 25 weist im Bereich der Durchbrüche 21, 22 und 23 Aussparungen zur elektrischen Kontaktierung der Stromschienen 5, 6 und 7 auf.
-
3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Stromschienenanordnung 2. Durch die Explosionsdarstellung ist erkennbar, dass die Stromschienenanordnung 2 drei Stromschienen 5, 6 und 7 aufweist und die Stromschienen 5, 6 und 7 im ersten Abschnitt 10 gestapelt angeordnet sind. Daneben ist gezeigt, dass die Stromschienen 5, 6 und 7 durch zwei Isolationseinleger 8 und 9 voneinander getrennt sind. Hierdurch bilden die Stromschienen 5, 6, und 7 zusammen mit den Isolationseinlegern 8 und 9 durch die abwechselnde Stapelung eine sandwichartige Struktur in Form einer Vorbaugruppe. Diese Vorbaugruppe ist insbesondere im weiteren Fertigungsprozess sicher umspritzbar, wobei die Isolationseinleger 8 und 9 die Einhaltung der Isolationsabstände zwischen den Stromschienen 5, 6 und 7 während eines Umspritzungsprozesses gewährleisten.
-
Die Stromschienen 5, 6 und 7 weisen im dritten Abschnitt 14 eine Biegung, insbesondere eine Z-förmige Biegung 14a, auf. Die Isolationseinleger 8 und 9 sind entsprechend an die Biegung der Stromschienen 5, 6 und 7 angepasst. Durch die Biegung ist der zweite Abschnitt 11 gegenüber dem ersten Abschnitt 10 senkrecht zur Längsrichtung versetzbar angeordnet.
-
4 zeigt beispielhaft den Isolationseinleger 9. Auf den Flächen, welche im montierten Zustand einer der Stromschienen gegenüberstehen, sind Pins 27 ausgebildet.
-
Die Pins 27 dienen der Positionierung und/oder Fixierung der Isolationseinleger 8 und/oder 9 mit der jeweils gegenüberliegenden Stromschiene 5, 6 oder 7. Weiterhin weisen die Ränder der Flächen, welche im montierten Zustand einer Stromschiene gegenüberstehen, teilweise eine hochgezogene Kante 28 auf, die an die Kontur der gegenüberliegenden Stromschiene angepasst ist. Durch die hochgezogenen Kanten 28 wird die gegenüberliegende Stromschiene eingefasst, wodurch die Stromschiene zum Isolationseinleger 8 oder 9 positioniert und/oder fixiert wird. Daneben werden durch die hochgezogene Kante 28 die elektrische Luft- und Kriechstrecke zwischen den Stromschienen 5 und 6 bzw. 6 und 7 erhöht.
-
5 zeigt einen Ausschnitt der Stromschienenanordnung 2, insbesondere die Stromschienen 5, 6 und 7 und die Isolationseinleger 8 und 9 im ersten Abschnitt 10. Die Stromschienen 5, 6 und 7 bilden zusammen mit den Isolationseinlegern 8 und 9 eine Vorbaugruppe. Hierbei greifen die Pins 27 der Isolationseinleger 8 und 9 bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig in entsprechende Durchbrüche 29, welche beispielsweise als Bohrung in den Hauptflächen der Stromschienen 5, 6 und 7 ausgebildet sind. Die Isolationseinleger 8 und 9 ragen über die Hauptflächen der Stromschienen 5, 6 und 7 hinaus, wodurch die elektrische Luft- und Kriechstrecke zwischen den Stromschienen 5, 6 und 7 erhöht sind.
-
6 zeigt einen zweiten Ausschnitt der Stromschienenanordnung nach 2, wobei der Fokus auf dem dritten Abschnitt 14 liegt. Das linke Ende des Ausschnitts der Stromschienenanordnung 2 zeigt den ersten Abschnitt 10 der Stromschienen 5, 6 und 7 und der Isolationseinleger 8 und 9, welche von der Hauptumspritzung 24 eingefasst sind. Diese bilden hierdurch eine kompakte und starre Einheit. Die Stromschienen 5, 6 und 7 und die Isolationseinleger 8 und 9 bilden eine Z-förmige Biegung 14a aus, nachdem sie die Hauptumspritzung 24 verlassen haben. Durch die Beschränkung der Hauptumspritzung 24 auf den ersten Abschnitt 10 der Stromschienen, sowie die an die Hauptumspritzung 24 anschließende Z-förmige Biegung 14a, weisen die Kontaktierungsstellen 30, welche im Abschnitt 11 am äußeren Ende der Stromschienen 5, 6 und 7 lokalisiert sind, eine erhöhte Flexibilität, insbesondere in Richtung der Pfeile 31 auf. Die erhöhte Flexibilität im Bereich der Kontaktstellen 30 stellt einen Toleranzausgleich bei der Kontaktierung der Kontaktstellen 30 bereit. Für eine erhöhte mechanische Belastbarkeit sind die Kontaktierungsstellen 30 durch eine 180° Biegung der entsprechenden Stromschien aufgedoppelt. Alternativ ist eine Aufdopplung der Stromschiene auch durch Aufschweißen oder Clinchen von einem weiteren Blechstreifen im Bereich der Kontaktierungsstelle umsetzbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Stromschienenanordnung
- 3
- Leistungshalbleitervorrichtung
- 4
- elektrischer Achsantrieb
- 4a
- Hybridantrieb
- 5
- Stromschiene
- 6
- Stromschiene
- 7
- Stromschiene
- 8
- Isolationseinleger
- 9
- Isolationseinleger
- 10
- erster Abschnitt der Stromschienen
- 11
- zweiter Abschnitt der Stromschienen
- 12
- Isolationsmaterial
- 13
- Isolationsmaterial
- 14
- dritter Abschnitt der Stromschienen
- 14a
- Z-förmige Biegung
- 15
- Kontaktfeder
- 16
- Kontaktfeder
- 17
- Kontaktfeder
- 18
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 19
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 20
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 21
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 22
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 23
- Durchbruch zur elektrischen Kontaktierung
- 24
- Hauptumspritzung
- 25
- Durchführung
- 26
- Durchbruch der Hauptumspritzung
- 27
- Pin
- 28
- hochgezogene Kante
- 29
- Durchbruch der Stromschiene
- 30
- Kontaktierungsstelle
- 31
- Richtung mit erhöhter Flexibilität der Stromschienen
