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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Komponente, insbesondere an Bord eines Fahrzeugs.
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An Bord eines Fahrzeugs ist eine elektrische Komponente vorgesehen, die mit großen Strömen oder hohen Spannungen arbeitet. Zur Sicherung gegen einen Kurzschluss oder eine unbeabsichtigte Berührung, beispielsweise durch eine Bedien- oder Wartungsperson, ist die Komponente in ein Gehäuse eingebaut. Das Gehäuse ist elektrisch leitfähig und kann mit einem elektrischen Potential der Komponente und/oder des Fahrzeugs verbunden sein. Das Gehäuse bietet zusätzlichen Schutz gegen eindringende oder entweichende elektromagnetische Strahlung, sodass eine elektromagnetische Verträglichkeit des Fahrzeugs verbessert sein kann.
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Gehäuseteile des Gehäuses liegen entlang einer Anlagefläche aneinander an, in deren Bereich eine Dichtung gegen Flüssigkeiten oder Staub vorgesehen sein kann. Eine elektrische Verbindung zwischen den Gehäuseteilen kann unzuverlässig sein, beispielsweise weil ein Gehäuseteil partiell oxidieren und eine elektrisch isolierende Schicht bilden kann. Eine Flächenpressung zwischen den Gehäuseteilen kann nicht ausreichen, um eine sichere elektrische Kontaktierung zu bewirkt, die eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses gegenüber elektromagnetischen Feldern gewährleistet.
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US 2016 / 0 131 178 A1 beschreibt eine beispielhafte Befestigungsstruktur und ein Metallgehäuse. US 2016 / 0 261 061 A1 diskutiert ein Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen. Eine Schraube erstreckt sich durch Ausnehmungen in den Gehäuseteilen. Eine Scheibe mit Zähnen ist zwischen den Gehäuseteilen angeordnet, wobei die Schraube durch eine Ausnehmung der Scheibe verläuft.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe eines verbesserten Gehäuses für eine elektrische Komponente an Bord eines Fahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse für eine elektrische Komponente in einem Fahrzeug ein erstes Gehäuseteil mit einer ersten Ausnehmung; ein zweites Gehäuseteil mit einer zweiten Ausnehmung; wobei die Gehäuseteile aneinander anliegen; eine Schraube, die sich durch die erste Ausnehmung in die zweite Ausnehmung erstreckt; und eine Scheibe, die zwischen den Gehäuseteilen liegt. Dabei weist die Scheibe eine Ausnehmung auf, durch welche die Schraube verläuft, und an der Scheibe sind wenigstens zwei Zähne ausgeformt, von denen einer in Richtung des ersten und einer in Richtung des zweiten Gehäuseteils weist.
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Die Scheibe kann einen elektrischen Kontakt zu beiden Gehäuseteilen im Bereich der Schraube eingehen. Dabei ist die Scheibe selbst leitfähig, sodass die Gehäuseteile elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Zähne können eine durch die Schraube an den Gehäuseteilen aufgebrachte Anpresskraft bündeln und so mit hohem Anpressdruck an den Gehäuseteilen anliegen. Die zweite Ausnehmung ist bevorzugt mit einem Innengewinde ausgestattet, in welches ein Außengewinde der Schraube eingreifen kann. Die Scheibe kann eine axiale Kraft auf die Schraube bewirken, sodass diese verbessert gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert sein kann.
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Bevorzugt ist ein Zahn dazu eingerichtet, elastisch gegen ein zugeordnetes Gehäuseteil gepresst zu werden. Dazu kann der Zahn elastisch an der Scheibe angebracht sein. Toleranzen zwischen den Gehäuseteilen können ausgeglichen werden. Eine Anpresskraft eines Zahns kann begrenzt sein.
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Ein Zahn kann dazu eingerichtet sein, mit seinem Ende in eine Oberfläche des jeweils zugeordneten Gehäuseteils zu ritzen. Dazu kann das Ende eine Kante, eine Schneide oder eine Spitze tragen. Das Ende kann eine Schmutz- oder Oxidschicht am zugeordneten Gehäuseteil durchdringen, wenn die Scheibe zwischen den Gehäuseteilen axial komprimiert wird. Eine Oxidschicht von Stahl kann schlecht leitend sein, eine Oxidschicht von Leichtmetall kann einen elektrischen Isolator bilden. Beispielsweise kann Aluminium am Luftsauerstoff korrodieren und eine Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) ausbilden, die als hervorragender elektrischer Isolator wirken und eine hohe Durchschlagsfestigkeit gegenüber Hochspannung aufweisen kann. Durch einen scharfen oder spitzen Zahn kann eine elektrische Verbindung mit dem unter der Schicht liegenden Material des Gehäuseteils hergestellt werden.
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Die Scheibe kann einen radialen Abschnitt aufweisen, an welchem zwei zu unterschiedlichen Gehäuseteilen weisende Zähne ausgebildet sind, wobei eine Verbindungslinie zwischen Enden der Zähne einen spitzen Winkel mit einer Rotationsebene der Schraube einschließt. Die Scheibe wird beim Festziehen oder Lösen der Schraube nicht mit dieser um deren Längsachse gedreht. Die Verbindungslinie kann gegenüber einer Drehebene um die Längsachse der Schraube in eine Drehrichtung zum Festziehen oder in eine Drehrichtung zum Lösen der Schraube geneigt sein.
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Für die Scheibe können verschiedene Standard Bauteile eingesetzt werden, die für andere Anwendungen bekannt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Scheibe eine Zahnscheibe. Dabei können die Zähne radial innen oder radial außen angebracht sein. Die Scheibe kann auch eine Schnorrscheibe umfassen, die als Spannscheibe mit Zähnen auf beiden Seiten gebildet sein kann. In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Scheibe ein Sicherungsblech. Das Sicherungsblech kann eine allgemeine Form einer hierin beschriebenen Scheibe darstellen und regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein. Zähne, die an unterschiedlichen Gehäuseteilen anliegen, können jeweils einzeln ausgebildet sein.
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Eines der Gehäuseteile kann eine Vertiefung zur Aufnahme der Scheibe aufweisen. Eine Anlagefläche zwischen den Gehäuseteilen im Bereich der Schraube kann eben sein. Die Gehäuseteile können trotz der Scheibe verbessert dicht aneinander anliegen. Die Vertiefung kann um die erste oder zweite Aussparung herum durch Flachsenken in das jeweilige Gehäuseteil eingebracht sein. Optional sind in beiden Gehäuseteilen zueinander korrespondierende Vertiefungen vorgesehen. Die Scheibe ist bevorzugt vollständig in der Vertiefung oder den Vertiefungen aufgenommen, wenn die Gehäuseteile an der Anlagefläche aneinander anliegen. Dabei ist die Scheibe weiter bevorzugt nicht vollständig, sondern zur bis zu einem vorbestimmten Grad axial komprimiert. Eine durchdringende Wirkung der Zähne kann durch die begrenzte axiale Kompression erhalten sein.
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Allgemein ist bevorzugt, dass die Scheibe aus einem ebenen Blech herstellbar ist. Weiter bevorzugt kann eine Scheibe kostengünstig durch Stanzen und Biegen aus einem Blech gebildet werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Inverter für ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Gehäuse. Der Inverter kann dazu eingerichtet sein, Ströme für eine elektrische Maschine bereitzustellen, die zum Antrieb des Fahrzeugs eingerichtet sein kann. In anderen Ausführungsformen kann auch eine andere elektrische Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs eines Fahrzeugs im hierin beschriebenen Gehäuse aufgenommen sein. Derartige Komponenten arbeiten oft mit großen Strömen, hohen Spannungen oder breit gefächerten Frequenzen, sodass das Gehäuse zu einem verbesserten Berührschutz oder zu einer verbesserten Hochfrequenz-Dichtigkeit beitragen kann.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Gehäuse. Das Gehäuse kann einen hierin beschriebenen Inverter umfassen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang;
- 2 Gehäuseteile eines Gehäuses;
- 3 einen Schnitt durch eine beispielhafte Scheibe an einem Gehäuse; und
- 4 beispielhafte Scheiben für ein Gehäuse;
darstellt.
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1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem elektrischen Antriebsstrang 105. Das Fahrzeug 100 ist als Personenkraftwagen dargestellt, kann aber auch ein Kraftrad, einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus umfassen.
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Der elektrische Antriebsstrang 105 umfasst ein Antriebsrad 110, das mittels einer elektrischen Maschine 115 angetrieben werden kann. Zusätzlich kann eine Brennkraftmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs 100 vorgesehen sein. Die elektrische Maschine 115 ist bevorzugt als permanenterregte Synchronmaschine (PES) ausgeführt und kann bezüglich einer Drehzahl oder eines Drehmoments gesteuert werden, indem ihr mehrere Phasenströme bereitgestellt werden. Die Phasenstrome sind bevorzugt sinusförmig und können in Frequenz und Spannung gesteuert werden.
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Zur Bereitstellung der Phasenströme ist ein Stromrichter 120 vorgesehen, der insbesondere als Wechselrichter oder Inverter ausgeführt sein kann. Der Stromrichter 120 wird mittels elektrischer Energie aus einem Energiespeicher 125 betrieben, der einen Gleichstrom bereitstellt. Der Energiespeicher 125 kann eine Nennspannung von mehreren 100 V aufweisen, beispielsweise ca. 400 V oder ca. 800 V. Die Antriebsmaschine 115 kann eine Leistung von mehreren 10 kW bis mehreren 100 kW umsetzen, sodass elektrische Ströme, die der Stromrichter 120 verarbeitet, mehrere 100 Ampere betragen können.
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Da der Stromrichter 120 die Phasenströme aus digitalen Signalen nur näherungsweise sinusförmig generieren kann, können elektromagnetische Felder vieler Frequenzen oder deren Oberwellen gebildet werden. Zur Einhaltung einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist der Stromrichter 120 daher bevorzugt in einem elektrisch leitfähigen Gehäuse eingeschlossen.
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2 zeigt einen beispielhaften Abschnitt eines Gehäuses 200 zur Aufnahme einer elektrischen Komponente, insbesondere eines Stromrichters 125, an Bord eines Fahrzeugs 100. Das Gehäuse 200 umfasst ein erstes Gehäuseteil 205 und ein zweites Gehäuseteil 210. In einem oberen Bereich von 2 ist das Gehäuse 200 vor und in einem unteren Bereich nach einer Montage der Gehäuseteile 205, 210 aneinander dargestellt.
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Das erste Gehäuseteil 205 kann einen einseitig offenen Hohlkörper und das zweite Gehäuseteil 210 einen Deckel umfassen. Beide Gehäuseteile 205, 210 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, beispielsweise einer Stahl- oder Leichtmetall-Legierung. Das erste Gehäuseteil 205 bildet eine erste Anlagefläche 215 und das zweite Gehäuseteil 210 eine zweite Anlagefläche 220.
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Die Anlageflächen 215, 220 sind dazu eingerichtet, aneinander anzuliegen, wenn die Gehäuseteile 205, 210 aneinander montiert sind. Optional kann zwischen den Gehäuseteilen 205, 210 in diesem Bereich eine Dichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine Flachdichtung oder eine Schnurdichtung. Bevorzugt verlaufen die Anlageflächen 215, 220 wenigstens abschnittsweise eben.
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Das erste Gehäuseteil 205 umfasst eine erste Ausnehmung 225 und das zweite eine zweite Ausnehmung 230. Eine Schraube 235 erstreckt sich durch beide Ausnehmungen 225, 230. Bevorzugt trägt die Schraube 235 ein Teilgewinde, das in ein korrespondierendes Gewinde im ersten Gehäuseteil 205 eingeschraubt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Ausnehmung 225 als Sackloch im Material des ersten Gehäuseteils 205 ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann die erste Ausnehmung 225 auch vollständig durch das Gehäuseteil 205 verlaufen. Das erste Gehäuseteil kann auch eine Gewindebutze umfassen, in welches die Schraube 235 eingedreht werden kann.
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Zwischen den Gehäuseteilen 205 und 210 liegt eine Scheibe 240 mit einer dritten Ausnehmung 245, durch welche die Schraube 235 verläuft, wenn die Gehäuseteile 205, 210 aneinander montiert sind. Die Scheibe 240 umfasst einen ersten Zahn 250, der sich in Richtung des ersten Gehäuseteils 205 erstreckt, und einen zweiten Zahn 255, der sich in Richtung des zweiten Gehäuseteils 210 erstreckt. Vorliegend ist eine Vielzahl erster und zweiter Zähne 250, 255 vorgesehen, die sich in Richtung der Gehäuseteile 205, 210 erstrecken.
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Die Scheibe 240 ist im montierten Zustand bevorzugt in einer Vertiefung 260 aufgenommen, die in einem oder beiden Gehäuseteilen 205, 210 gebildet sein kann, beispielsweise durch Flachsenken.
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3 zeigt einen Schnitt durch eine beispielhafte Scheibe 240 an einem Gehäuse 200. Die Darstellung entspricht einer Vergrößerung eines Ausschnitts der aneinander montierten Gehäuseteile 205, 210 von 2. Die Scheibe 240 ist vorliegend beispielhaft als Außen-Zahnscheibe ausgeführt. Sie umfasst eine Vielzahl auf einem Umfang verteilter Abschnitte, die sich jeweils in radialer Richtung erstrecken. Die Abschnitte sind radial außen voneinander getrennt und radial innen miteinander verbunden. Jeder Abschnitt ist auf seiner radialen Außenseite derart verdreht gebogen, dass ein erster Zahn 250 und ein zweiter Zahn 255 gebildet ist.
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Eine gedachte Verbindungslinie zwischen zwei Zähnen 250, 255 eines Abschnitts schließt mit einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Schraube 235 verläuft, einen spitzen Winkel ein. Vorliegend beträgt dieser Winkel beispielhaft ca. 35°. Werden die Gehäuseteile 205, 210 durch Festziehen der Schraube 235 aneinandergepresst, so wird die Scheibe 240 axial belastet und die Abschnitte verformen sich elastisch. Dabei werden Enden der Zähne 250, 255 gegen Oberflächen der anliegenden Gehäuseteile 205, 210 gedrückt, sodass sie mit diesen elektrische Verbindungen eingehen. Die Scheibe 240 umfasst ein elektrisch leitfähiges Material, sodass die Gehäuseteile 205, 210 elektrisch miteinander verbunden sind.
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4 zeigt beispielhafte Scheiben 240 für ein hierin beschriebenes Gehäuse 200. Von oben nach unten sind eine erste Ausführungsform 405, eine zweite Ausführungsform 410 und eine dritte Ausführungsform 415 dargestellt. Die ersten beiden Ausführungsformen 405 und 410 sind jeweils in axialer und in radialer Sicht dargestellt; die dritte Ausführungsform 415 ist im Schrägbild gezeigt.
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Die erste Ausführungsform 405 umfasst eine Zahnscheibe mit Außenverzahnung. Eine Scheibe 240 dieses Typs ist auch den 2 und 3 zu Grunde gelegt. Die zweite Ausführungsform 410 umfasst eine Zahnscheibe mit Innenverzahnung. Die dritte Ausführungsform 415 umfasst ein Sicherungsblech. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Scheibe 240 nur zweite Zähne 255; allerdings können einer oder mehrere davon in die axial entgegengesetzte Richtung umgebogen werden, um erste Zähne 250 zu bilden.
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Außer den dargestellten Ausführungsformen 405, 410, 415 sind noch zahlreiche andere möglich, um eine Scheibe 240 zu bilden. Dabei ist bevorzugt darauf zu achten, dass die Scheibe 240 einstückig ist. Bevorzugt kann die Scheibe 240 mittels einfacher Bearbeitungsmethoden aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt werden. Das Material ist bevorzugt elastisch und kann ein Metall umfassen. Die Scheibe 240 sollte eine dritte Ausnehmung 245 aufweisen, um auf die Schraube 240 aufgefädelt werden zu können.
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Ein im Wesentlichen runder Außenumriss ist bevorzugt, sodass die Scheibe 240 gut in einer runden Vertiefung 260 liegen kann. Eine Verdrehsicherung ist allgemein nicht erforderlich. Zähne 250, 255 sind bevorzugt auf einem Umfang um eine Längsachse gleichmäßig verteilt. In beide axialen Richtungen erstrecken sich bevorzugt jeweils mehrere Zähne 250, 255. Insbesondere ist bevorzugt, dass sich Zähne 250, 255 auf einem Umfang um die Längsachse abwechselnd in unterschiedliche axiale Richtungen erstrecken. Enden der Zähne 250, 250 können als Spitzen oder Schneiden ausgeformt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- elektrischer Antriebsstrang
- 110
- Antriebsrad
- 115
- Antriebsmotor
- 120
- Stromrichter
- 125
- Energiespeicher
- 200
- Gehäuse
- 205
- erstes Gehäuseteil
- 210
- zweites Gehäuseteil
- 215
- erste Anlagefläche
- 220
- zweite Anlagefläche
- 225
- erste Ausnehmung
- 230
- zweite Ausnehmung
- 235
- Schraube
- 240
- Scheibe
- 245
- dritte Ausnehmung
- 250
- erster Zahn
- 255
- zweiter Zahn
- 260
- Vertiefung
- 405
- erste Ausführungsform
- 410
- zweite Ausführungsform
- 415
- dritte Ausführungsform
