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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubklemme für eine Kontaktbrücke zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, eine Kontaktbrücke zum elektrischen Koppeln von Elektronikstromschienen einer Leistungselektronik mit Statorstromschienen eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Leistungselektronik und einer Elektromaschine.
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Es ist bekannt, einen Stator einer Elektromaschine mittels einer Kontaktbrücke mit einer Leistungselektronik zum Betreiben der Elektromaschine elektrisch zu koppeln.
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Ein vorrangiges Ziel der Entwicklung von Kraftfahrzeugen ist es Größe und Gewicht der Komponenten des Kraftfahrzeugs zu sparen. Hierbei sind neben der Bauraumoptimierung, eine Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit der Komponenten besonders zu berücksichtigende Aspekte.
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Elektrische Kontaktierungen mit Steckkontakten oder mit gelochten Stromschienen, die miteinander durch eine Schraube und eine Mutter verbunden werden, werden bereits in Fahrzeugen eingesetzt. Eine Maßnahme zum Erreichen einer kompakten Bauweise bei elektrischen Antrieben ist das Positionieren einer Kontaktierungsstelle einer Elektronikstromschiene der Leistungselektronik und einer Statorstromschiene des Stators in ein Maschinengehäuse der Elektromaschine, einen Getriebebauraum oder dergleichen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2019 212 980 A1 bekannt. Das Dokument
DE 10 2019 200 751 A1 zeigt eine direkte Kopplung einer Elektronikstromschiene mit einer Statorstromschiene mittels einer Schraube. Die Stromschienen weisen jeweils eine Durchführung auf, die zum Einführen und Fixieren der Schraube koaxial zueinander anordenbar sind.
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Bei der Verwendung von derartigen gelochten Stromschienen zum elektrischen Koppeln einer Leistungselektronik mit einem Stator einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, ist es nachteilig, dass durch die Löcher in den Stromschienen, die als Langlöcher oder übergroße Rundlöcher ausgebildet sind, Kontaktfläche zwischen den Stromschienen der Leistungselektronik und den Stromschienen des Stators der Elektromaschine verloren geht bzw. ein erhöhter Bauraumbedarf erforderlich ist. Die Schrauben zum Verbinden der Stromschienen müssen separat zugeführt werden, was den Bauraumbedarf nochmals erhöht bzw. die Montage und Demontage der Schrauben erschwert. Toleranzen können nur durch die Langlöcher oder die übergroßen Rundlöcher in den Stromschienen ausgeglichen werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Schraubklemme für eine Kontaktbrücke, eine Kontaktbrücke sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die es ermöglichen eine Leistungselektronik mit einem Stator einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs bauraumoptimiert und montagetechnisch einfach elektrisch miteinander zu koppeln.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Schraubklemme mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch eine Kontaktbrücke mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schraubklemme beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kontaktbrücke und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Schraubklemme für eine Kontaktbrücke zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Schraubklemme weist folgende Elemente auf:
- - einen Klemmrahmen, der eine erste Klemmanlage zum Anlegen der Elektronikstromschiene oder der Statorstromschiene aufweist,
- - eine Gewindeplatte, die eine Gewindebohrung aufweist und die an dem Klemmrahmen fixiert ist,
- - eine Gewindeschraube, die drehbeweglich in der Gewindebohrung einschraubbar ist,
- - eine Klemmplatte, die beweglich zu dem Klemmrahmen angeordnet ist, wobei die Klemmplatte eine zweite Klemmanlage zum Anlegen der Elektronikstromschiene oder der Statorstromschiene aufweist, wobei die Gewindeschraube mit der Klemmplatte derartig wirkverbunden ist, dass die Klemmplatte durch einen Bewegung der Gewindeschraube bewegbar ist.
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Zwischen der ersten Klemmanlage und der zweite Klemmanlage bildet sich ein Klemmraum, in den die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene übereinander eingebracht werden können, um sich elektrisch zu koppeln.
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Die erste Klemmanlage und zweite Klemmanlage dienen dazu die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene fest an die Schraubklemme zu klemmen, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Statorstromschiene und der Elektronikstromschiene herzustellen. Die Schraubklemme weist eine Klemmplatte auf, die beweglich zu dem Klemmrahmen der Schraubklemme relativ zu diesem angeordnet ist. Durch die Bewegung der Klemmplatte kann der Klemmraum variiert werden. D. h., die Bewegung der Klemmplatte ermöglicht, dass der Abstand der zweiten Klemmanlage zu der ersten Klemmanlage verändert werden kann, um die Statorstromschiene und die Elektronikstromschiene in den Klemmraum einzufügen und anschließend fest miteinander zu verklemmen.
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Die Schraubklemme weist eine Gewindeplatte auf, die fest an dem Klemmrahmen fixiert ist. In der Gewindeplatte ist eine Gewindebohrung vorgesehen, in die die Gewindeschraube einschraubbar ist. Die Gewindeschraube ist mit der Klemmplatte wirkverbunden. D. h., über eine Bewegung der Gewindeschraube ist die Klemmplatte belegbar. So kann durch ein Einschrauben der Gewindeschraube in die Gewindebohrung der Gewindeplatte, die Klemmplatte mit ihrer zweiten Klemmanlage in Richtung der ersten Klemmanlage bewegt werden, um dadurch die zwischen der ersten Klemmanlage und der zweiten Klemmanlage einliegende Elektronikstromschiene und Statorstromschiene fest miteinander zu verklemmen und dadurch diese elektronisch miteinander zu koppeln. Die Gewindeschraube gewährleistet einen sicheren und ausreichend hohen Anpressdruck auf die Klemmplatte auszuüben, sodass die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene sicher zur elektronischen Kopplung dieser miteinander in der Schraubklemme gehalten werden können.
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Die Gewindeplatte kann verschiedenartige Formen aufweisen. Vorzugsweise weist sie eine rechteckige Form auf. Die Gewindebohrung verläuft vorzugsweise senkrecht zu der Längserstreckung der Gewindeplatte. Vorzugsweise ist die Gewindebohrung im Zentrum der Gewindeplatte angeordnet. Die Gewindeplatte ist an dem Klemmrahmen fixiert. Dies kann beispielsweise über eine Schweißverbindung realisiert sein. Alternativ dazu kann die Gewindeplatte einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Klemmrahmen ausgebildet sein.
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Eine derartige Schraubklemme ermöglicht ein bauraumoptimiertes und montagetechnisch einfaches elektrisches Koppeln einer Elektronikstromschiene einer Leistungselektronik mit einer Statorstromschiene eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere können durch eine derartige Schraubklemme Elektronikstromschienen und Statorstromschienen verwendet werden, die keine Löcher zur Verbindung miteinander aufweisen. Eine derartige Schraubklemme ermöglicht, dass die Stromschienen kompakter ausgebildet werden können, als Stromschienen mit Löchern. Die Stromschienen können als Vollprofile ausgebildet werden, wodurch die Kontaktfläche zwischen den Stromschienen maximiert ist, im Vergleich zu Stromschienen die Löcher aufweisen. Die als Vollprofile ausgebildeten Stromschienen können auf einfache Art und Weise in der Schraubklemme aneinander verklemmt werden. Dadurch, dass Stromschienen in Form von Vollprofilen miteinander verklemmt werden können, können die Abmaße der Schraubklemme selbst minimiert werden, bei gleichzeitiger Minimierung des Gewichts der Schraubklemme. Eine derartige Schraubklemme kann ferner einfach gefertigt werden. Die Gewindeschraube kann in der Gewindeplatte gehalten sein, wodurch ein aufwändiges Einfädeln der Gewindeschraube in die Gewindeplatte vermieden werden kann.
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Derartige Schraubklemmen können konstruktiv einfach in eine Kontaktbrücke eingesetzt werden, um so auch die Ausmaße der Kontaktbrücke gering zu halten.
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Die erste Klemmanlage und die zweite Klemmanlage können eine verschiedenartige Struktur bzw. verschiedenartige Oberflächen aufweisen. Bevorzugt weisen jedoch die erste Klemmanlage und die zweite Klemmanlage beide eine ebene Oberfläche auf. Ebenso können vorgespannte Klemmanlagen vorgesehen sein, die eine optimale Form bei Anlage der Vorspannkraft einnehmen. Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass die erste Klemmanlage parallel zur zweiten Klemmanlage verläuft. Hierdurch können die Elektronikstromschiene und die Statorstromschiene, die vorzugsweise ebenfalls als längliche Profile mit ebenen Oberflächen ausgebildet sind, besonders gut zwischen der ersten Klemmanlage und der zweiten Klemmanlage der Schraubklemme zum elektrischen Koppeln miteinander verklemmt werden. Durch ebene Oberflächen kann die Reibung zwischen den Kontaktpartnern maximiert werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die erste Klemmanlage durch einen zum Klemmrahmen abgewinkelten Vorsprung, insbesondere um 90° abgewinkelten Vorsprung, ausgebildet ist. Der Vorsprung dient zur Bildung einer ersten Begrenzung des Klemmraums und zur Anlage einer der beiden Stromschienen. Insbesondere dient er als Art Gegenlager zu der Klemmplatte. Der Vorsprung kann an dem Klemmrahmen befestigt sind, insbesondere an dem Klemmrahmen verschweißt sein. Vorzugsweise ist jedoch der Vorsprung einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Klemmrahmen ausgebildet.
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Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Klemmplatte eine U-förmigen Form mit einem Basiselement und zwei Schenkeln aufweist, wobei die zweite Klemmanlage durch das Basiselement ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die U-förmige Klemmplatte derartig ausgebildet, dass sie formschlüssig, bewegbar an der bzw. um die Gewindeplatte angeordnet ist. Insbesondere können die beiden Schenkel der Klemmplatte parallel zu zwei gegenüberliegenden Außenseiten der Gewindeplatte verlaufen, umso in ihrer Bewegung entlang der Gewindeplatte geführt zu werden. Das Basiselement der U-förmigen Klemmplatte verläuft vorzugsweise parallel zu der Erstreckung der Gewindeplatte. Hierdurch kann die Gewindeschraube, die drehbeweglich in der Gewindebohrung der Gewindeplatte einschraubbar ist, die Klemmplatte, d. h. das Basiselement der Klemmplatte, mechanisch kontaktieren. Wieder ist es möglich durch ein Einschrauben der Gewindeschraube in die Gewindeplatte die Klemmplatte relativ zu dem Klemmrahmen der Schraubklemme zu bewegen, um den Klemmraum zu verringern und so die in den Klemmraum eingeführte Elektronikstromschiene und Statorstromschiene in der Schraubklemme zu verklemmen. Vorzugsweise ist der Übergang des Basiselements zu den jeweiligen Schenkeln abgerundet, um ein Einführen der Stromschienen in den Klemmraum der Schraubklemme zu erleichtern. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung an seinen Enden nach außen abgerundet ist, um das Einführen der Stromschienen in den Klemmraum zu erleichtern.
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Gemäß einer Weiterentwicklung der Schraubklemme, kann vorgesehen sein, dass die Klemmplatte in einer Kulissenführung des Klemmrahmens beweglich an dem Klemmrahmen geführt ist und/oder dass die Klemmplatte an der Gewindeschraube, insbesondere einer Stirnseite der Gewindeschraube, angeordnet ist. Hierdurch sind die Gewindeschraube und die Klemmplatte derartig wirkverbunden, dass die Klemmplatte durch eine Bewegung der Gewindeschraube bewegbar ist. Vorzugsweise ist die Gewindeschraube, insbesondere mit ihrer Stirnseite, an der Klemmplatte stoffschlüssig, d. h. durch eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung, befestigt, sodass die Klemmplatte bei einer Bewegung der Gewindeschraube definiert auf und ab bewegt werden kann. Durch die Befestigung der Klemmplatte an der Gewindeschraube ist die Klemmplatte definiert relativ zu dem Klemmrahmen der Schraubklemme belegbar. Hierdurch kann ein ausreichend hoher Druck über die Gewindeschraube und die Klemmplatte auf die zwischen der ersten Klemmanlage und der zweiten Klemmanlage liegenden Stromschienen ausgeübt werden, um diese fest aneinander innerhalb der Schraubklemme zu verklemmen. Die Außenseiten der Gewindeplatte dienen vorzugsweise als Kulissenführung zum definierten Führen der Klemmplatte entlang der Gewindeplatte. In einer alternativen Ausführungsform der Schraubklemme, bei welcher die Gewindeschraube nicht fest mit der Klemmplatte verbunden ist, kann vorgesehen sein, dass ein Federelement an dem Klemmrahmen vorgesehen ist, welches eine Federkraft derart auf die Klemmplatte ausübt, dass die Klemmplatte zum Öffnen des Klemmraums von der ersten Klemmanlage, insbesondere dem Vorsprung des Klemmrahmens, wegbewegt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei einem Herausschrauben der Gewindeschraube aus der Gewindebohrung der Gewindeplatte die Klemmplatte der Bewegung der Gewindeschraube folgt, um so den Klemmraum zu vergrößern und das Lösen oder Einführen der Stromschienen aus der bzw. in die Schraubklemme vereinfacht zu ermöglichen.
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Die Gewindeschraube kann verschiedenartig ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass die Gewindeschraube eine Zylinderschraube oder eine Madenschraube ist. Diese benötigen minimalen Bauraum, wodurch die Schraubklemme in ihren Ausmaßen geringgehalten werden kann. Vorzugsweise weist die Gewindeschraube einen Innenvierkant, Innenfünfkant oder Innensechskant auf. Die Stirnseite der Gewindeschraube ist vorzugsweise eben ausgebildet und verläuft orthogonal zu der Längsachse der Gewindeschraube.
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Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Kontaktbrücke zum elektrischen Koppeln von Elektronikstromschienen einer Leistungselektronik mit Statorstromschienen eines Stators einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens zwei Schraubklemmen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Schraubklemmen in einem Gehäuse der Kontaktbrücke schwimmend gelagert sitzen, und wobei das Gehäuse der Kontaktbrücke Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen und Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen in die jeweiligen Schraubklemmen aufweist. Eine derartige Kontaktbrücke bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits zu der Schraubklemme gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind.
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Insbesondere ermöglicht eine derartige Kontaktbrücke ein bauraumoptimiertes und montagetechnisch einfaches elektrisches Koppeln von Elektronikstromschienen einer Leistungselektronik mit entsprechenden Statorstromschienen eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere können durch eine derartige Kontaktbrücke Elektronikstromschienen und Statorstromschiene einfach elektrisch miteinander gekoppelt werden, die keine Löcher zur Verbindung miteinander aufweisen. Die Stromschienen können als Vollprofile ausgebildet sein, wodurch die Kontaktfläche zwischen den Stromschienen, im Vergleich zu Stromschienen mit Löchern, maximiert ist. Die als Vollprofile ausgebildeten Stromschienen können in die Schraubklemmen der Kontaktbrücke auf einfache Art und Weise aneinander verklemmt werden. Dadurch, dass Stromschienen in Form von Vollprofilen miteinander verklemmt werden können, können die Abmaße der Kontaktbrücke selbst minimiert werden, bei gleichzeitiger Minimierung des Gewichts der Kontaktbrücke. Eine derartige Kontaktbrücke kann ferner einfach gefertigt werden. Eine jede Statorstromschiene kann beispielsweise auch vier stabile Statorstromdrähte aufweisen. Diese vier stabilen Statorstromdrähte können dann in die Kontaktbrücke eingeführt und dort in der entsprechenden Schraubklemme mit einer Elektronikstromschiene elektrisch leitend verklemmt werden. Dabei können die vier stabilen Statorstromdrähte die Elektronikstromschiene sandwichartig umgeben, d. h. zwei der vier stabilen Statorstromdrähte werden an eine erste Seite der Elektronikstromschiene angeordnet, während die anderen beiden der vier stabilen Statorstromdrähte an eine zweite Seite der Elektronikstromschiene, die der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet werden. Hierdurch wird ein besonders gutes Verklemmen zwischen den Stromschienen und eine stabile elektronische Kontaktierung der Stromschienen innerhalb einer Schraubklemme gewährleistet.
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Die Kontaktbrücke ist ausgebildet, um wenigstens zwei, bevorzugt drei, Schraubklemmen aufzunehmen. Hierdurch kann beispielsweise eine drei-phasig ausgebildete Leistungselektronik, wie ein Pulswechselrichter, mit allen drei Elektronikstromschienen an entsprechend drei Statorstromschienen bzw. drei x 4 Statorstromdrähte eines Stators einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs bauraumoptimiert elektronisch gekoppelt werden.
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Die Schraubklemmen sind in dem Gehäuse der Kontaktbrücke schwimmend gelagert. D. h., die Schraubklemmen sind mit Spiel, leicht verschiebbar innerhalb der Kontaktbrücke angeordnet. Vorzugsweise können die Schraubklemmen in einer Ebene innerhalb des Gehäuses verschiebbar gelagert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Schraubklemmen auch innerhalb des Gehäuses in ihrer Neigung leicht verändert gehalten werden. Hierdurch erfolgt auf einfache Art und Weise ein Toleranzausgleich zwischen den Elektronikstromschienen bzw. den Statorstromschienen. Die Kontaktbrücke kann aufgrund der schwimmenden Lagerung der Schraubklemmen leicht an unterschiedliche Abstände zwischen den Stromschienen unterschiedlicher Leistungselektroniken bzw. Statoren angepasst werden, sodass diese trotz unterschiedlichen Abständen zueinander, aufgrund von Fertigungstoleranzen, leicht in den Schraubklemmen der Kontaktbrücke verklemmt werden können.
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Das Gehäuse der Kontaktbrücke weist Öffnungen zum Einführen sowohl der Elektronikstromschienen als auch der Statorstromschienen in die jeweiligen Schraubklemmen auf. Öffnungen sind vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten der Kontaktbrücke vorgesehen. D. h., die Öffnungen der Kontaktbrücke sind so in dem Gehäuse der Kontaktbrücke angeordnet, dass die entsprechenden Stromschienen von beiden Seiten in das Gehäuse zu den jeweiligen Schraubklemmen eingeführt werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kontaktbrücke kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse mehrere Aufnahmen aufweist, wobei zur schwimmenden Lagerung der jeweiligen Schraubklemmen in den Aufnahmen jede Aufnahme federelastische Bauteile aufweist. D. h., bevorzugt sind in jeder Aufnahme an den Wanderungen der Aufnahme federelastische Bauteile angeordnet. Diese federelastischen Bauteile sind vorzugsweise verteilt innerhalb der Aufnahme, besonders bevorzugt 90° versetzt zueinander, angeordnet, sodass die jeweilige Schraubklemmen in einer Ebene mit einem leichten Spiel beweglich gehalten ist. Die federelastischen Bauteile können elastisch verformbare Kunststoffbauteile sein, beispielsweise in Form von schräg vorstehenden Haken oder Federn. Die federelastischen Bauteile, die Aufnahmen innerhalb des Gehäuses der Kontaktbrücke sowie die Dimension der Schraubklemmen sind so dimensioniert, dass nach Einführen der Schraubklemmen in die Aufnahmen die federelastischen Bauteile die Schraubklemmen unter Krafteinwirkung in den Aufnahmen, leicht beweglich, halten. Die federelastischen Bauteile formen sich nach einer Belastung wieder in den Ausgangszustand zurück. Die Belastung tritt durch das dem Einführen der Schraubklemmen in die Aufnahmen innerhalb des Gehäuses der Kontaktbrücke auf, wodurch die federelastischen Bauteile die Schraubklemmen innerhalb der Aufnahmen unter Reibschluss halten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kontaktbrücke kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen kleiner als die Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen sind, wobei jeweils eine der Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen fluchtend zu jeweils einer der Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen angeordnet ist, insbesondere, dass die Mittelachse jeweils einer der Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen koaxial zu der Mittelachse jeweils einer der Öffnungen zum Einführen einer der Statorstromschienen verläuft. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass die Elektronikstromschienen beim Einfügen in die Kontaktbrücke bzw. die entsprechende Schraubklemme innerhalb der Kontaktbrücke definiert zu der oder den ebenfalls eingeführten Statorstromschiene(n) eingeführt werden kann. Insbesondere kann dadurch eine Elektronikstromschiene sandwichartig zwischen zumindest zwei Starterstromschienen angeordnet werden, falls zwei oder mehr Starterstromschienen zur Kontaktierung einer Elektronikstromschiene vorgesehen sind. Dadurch, dass jeweils eine der Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen fluchtend zu jeweils einer der Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen angeordnet ist, wobei die Mittelachse jeweils einer der Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen koaxial zu der Mittelachse jeweils einer der Öffnungen zum Einführen einer der Statorstromschienen verläuft, kann konstruktiv einfach sichergestellt werden, dass die jeweiligen Stromschienen definiert zueinander in die Kontaktbrücke und dort in die Schraubklemme eingeführt werden können.
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Es kann bei einer Kontaktbrücke vorgesehen sein, dass die Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen und/oder die Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen Zentriervorrichtungen zum Zentrieren der Elektronikstromschienen und der Statorstromschienen zueinander innerhalb einer Schraubklemmen aufweisen. Die Zentriervorrichtungen können beispielsweise Schrägen im Randbereich der Öffnungen sein. Insbesondere können die Öffnungen zur Ausbildung der Zentriervorrichtungen trichterförmig ausgebildet sein. Dies ermöglicht ein sehr definiertes Einführen der Stromschienen durch die Öffnungen der Kontaktbrücke bis zur jeweiligen Schraubklemme. Zusätzlich oder alternativ zu Schrägen im Randbereich der Öffnungen, können auch Rundungen im Randbereich der Öffnungen vorgesehen sein. Die Zentriervorrichtungen können auch Stege, Vertiefungen oder Nute sein, durch die die Stromschienen, insbesondere die Statorstromschienen, formschlüssig bzw. annähernd formschlüssig in die Kontaktbrücke definiert eingeführt werden können. Die Schrägen sind vorzugsweise derartig ausgebildet, dass diese in einem Winkel von 10° bis 45°, vorzugsweise in einen Winkel von 20° bis 40°, zu der Einführrichtung der Stromschienen verlaufen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Kontaktbrücke kann vorgesehen sein, dass jede der Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen in wenigstens zwei Unteröffnungen unterteilt ist, wobei jede der Unteröffnungen zur Aufnahme von wenigstens einer, vorzugweise zwei, Statorstromschiene(n) ausgebildet ist. Die Unteröffnungen ermöglichen ein exaktes Einführen von Statorstromschienen in das Innere einer Kontaktbrücke, insbesondere, wenn die Statorstromschienen mehrere Statorstromdrähte sind. Jede der Unteröffnungen kann Zentriervorrichtungen, wie zuvor beschrieben, aufweisen, um das Einführen der Stromschienen zu erleichtern.
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Eine zuvor beschriebene Kontaktbrücke ermöglicht es, dass eine Elektronikstromschiene mit wenigstens einer Statorstromschiene bauraumoptimiert und montagetechnisch einfach elektrisch miteinander gekoppelt werden.
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Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Stator mit wenigstens einer Statorstromschiene. An der Elektromaschine ist zumindest eine Kontaktbrücke, wie zuvor beschrieben, angeordnet, wobei in jeder Schraubklemme der Kontaktbrücke wenigstens eine Statorstromschiene, vorzugsweise vier Statorstromdrähte, an die erste Klemmanlage oder die zweite Klemmanlage der jeweiligen Schraubklemme eingeführt sind. Die Elektromaschine, auch als Elektromotor bezeichnet, weist vorzugsweise einen Rotor und einen Stator auf, und wandelt elektrische in mechanische Energie um. Eine derartige Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug weist die gleichen Vorteile auf, wie sie bereits ausführlich zur Schrauklemme bzw. Kontaktbrücke ausgeführt worden sind. Insbesondere ermöglicht eine derartige Elektromaschine, dass externe Elektronikstromschienen mit den Statorstromschienen des Stators der Elektromaschine bauraumoptimiert und montagetechnisch einfach elektrisch miteinander gekoppelt werden können.
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Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, aufweisend eine Leistungselektronik mit Elektronikstromschienen, eine Elektromaschine mit einem Stator und Statorstromschienen sowie eine Kontaktbrücke zum elektrischen Koppeln der Elektronikstromschienen der Leistungselektronik mit den Statorstromschienen des Stators der Elektromaschine, wobei die Kontaktbrücke gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro-Fahrzeug, bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich gemäß dem ersten bzw. zweiten Aspekt der Erfindung ausführlich erläutert worden sind. Insbesondere kann durch die Verwendung einer derartigen Kontaktbrücke innerhalb des Kraftfahrzeuges Bauraum und Gewicht eingespart werden. In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass die Leistungselektronik ein Pulswechselrichter ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist die Erfindung in den folgenden Figuren gezeigt:
- 1 in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch eine erfindungsgemäße Schraubklemme,
- 2 in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch eine erfindungsgemäße Kontaktbrücke mit drei erfindungsgemäßen Schraubklemmen,
- 3 schematisch in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Kontaktbrücke mit einer erfindungsgemäßen Schraubklemme,
- 4 schematisch in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug,
- 5 schematisch in einer Schnittdarstellung eine Öffnung für Statorstromschienen einer erfindungsgemäße Schraubklemme, und
- 6 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kontaktbrücke.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch eine erfindungsgemäße Schraubklemme 10 für eine Kontaktbrücke 100 zum elektrischen Koppeln einer Elektronikstromschiene 82 einer Leistungselektronik 80 eines Kraftfahrzeuges 200 mit einer Statorstromschiene 92 eines Stators einer Elektromaschine 90 eines Kraftfahrzeuges 200. Die Schraubklemme 10 weist einen Klemmrahmen 20 auf, welcher eine erste Klemmanlage 22 zum Anlegen der Elektronikstromschiene 82 oder der Statorstromschiene 92 aufweist. Die erste Klemmanlage 22 ist in dieser Ausführungsform der Schraubklemme 10 durch einen Vorsprung 34, der vorzugsweise um 90° abgewinkelt zum Grundkörper des Klemmrahmens 20 angeordnet ist, ausgebildet. An dem Klemmrahmen 20 ist eine Gewindeplatte 24 fixiert, die eine Gewindebohrung 26 aufweist. Die Gewindeplatte 24 kann an dem Klemmrahmen 20 stoffschlüssig, beispielsweise über eine Schweißverbindung, befestigt sein. Alternativ dazu kann die Gewindeplatte 24 einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Klemmrahmen 20 ausgebildet sein. Die Gewindeplatte 24 dient zur Aufnahme einer Gewindeschraube 28, die insbesondere als Zylinderschraube oder Madenschraube ausgebildet sein kann. Die Schraubklemme 10 weist ferner eine Klemmplatte 30 auf, die beweglich zu dem Klemmrahmen 20 angeordnet ist. Die Klemmplatte 30 weist eine zweite Klemmanlage 32 auf, die der ersten Klemmanlage 22 parallel gegenüberliegt und zusammen mit dieser einen Klemmraum 36 zur Aufnahme der Elektronikstromschiene 82 und der Statorstromschiene 92 ausbildet. Die Klemmplatte 30 ist mechanisch mit der Gewindeschraube 28 verbunden, insbesondere an der Stirnseite der Gewindeschraube 28 befestigt. Hierdurch wird die Beweglichkeit der Klemmplatte 30 erreicht. D. h. bei einem Ein- oder Herausschrauben der Gewindeschraube 28 aus der Gewindebohrung 26 der Gewindeplatte 24 wird die Klemmplatte 30 mitgeführt, sodass der Klemmraum 36 verkleinert bzw. vergrößert werden kann. Nach dem Einführen der Elektronikstromschiene 82 und der Statorstromschiene 92 in den Klemmraum 36 kann die Gewindeschraube 28 in die Gewindebohrung 26 der Gewindeplatte 24 eingeschraubt werden, um dadurch die Klemmplatte 30 mit der zweiten Klemmanlage 32 in Richtung der ersten Klemmanlage 22 derartig weit zu bewegen, bis die in den Klemmraum 36 angeordneten Stromschiene von der einen Seite von der ersten Klemmanlage 22 und von der anderen Seite von der zweiten Klemmanlage 32 zum Verklemmen kontaktiert werden. Vorzugsweise ist die Klemmplatte 30 an der Stirnseite der Gewindeschraube 28 an dieser befestigt. Alternativ kann die Klemmplatte 30 nicht mechanisch mit der Gewindeschraube 28 verbunden sein. Dann kann bei einem Einschrauben der Gewindeschraube 28 in die Gewindebohrung 26 der Gewindeplatte 24 die Klemmplatte 30 mitgeführt werden, sodass der Klemmraum 36 verkleinert werden kann.
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Die Klemmplatte 30 weist eine U-förmigen Form mit einem Basiselement 40 und zwei Schenkeln 42, 44 auf, wobei die zweite Klemmanlage 32 durch das Basiselement 40 ausgebildet ist. Der Übergang von den Schenkeln 42, 44 zu dem Basiselement 40 ist abgerundet. Ebenso sind die Seiten des Vorsprungs 34 des Klemmrahmens 20 nach außen hin abgerundet. Hierdurch ist das Einführen der Stromschienen 82, 92 in den Klemmraum 36 erleichtert.
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2 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch eine erfindungsgemäße Kontaktbrücke 100 mit drei erfindungsgemäßen Schraubklemmen 10. Die Kontaktebrücke dient zum elektrischen Koppeln von drei Elektronikstromschiene 82 in einer Leistungselektronik 80 eines Kraftfahrzeugs 200 mit Statorstromschienen 92 eines Stators einer Elektromaschine 90 des Kraftfahrzeugs 200. Die Kontaktbrücke 100 weist ein Gehäuse 102 auf, welches vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, ausgebildet ist. In dem Gehäuse 102 sind Aufnahmen 110, d. h. Vertiefungen, vorgesehen, die zur Aufnahme jeweils einer Schraubklemme 10 dienen. Das Gehäuse 102 der Kontaktbrücke 100 weist Öffnungen 104, 106 zum Einführen sowohl der Elektronikstromschienen 82 als auch der Statorstromschienen 92 in die jeweiligen Schraubklemmen 10 auf. Die Öffnungen 104, 106 sind vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten der Kontaktbrücke 100 vorgesehen. D. h., die Öffnungen 104, 106 der Kontaktbrücke 100 sind so in dem Gehäuse 102 der Kontaktbrücke 100 angeordnet, dass die entsprechenden Stromschienen 82, 92 von gegenüberliegenden Seiten in das Gehäuse 102 zu den jeweiligen Schraubklemmen 10 eingeführt werden können. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform der Kontaktbrücke 100, kann bei einer Kantaktbrücke 100 vorgesehen sein, dass nur von einer Seite Öffnungen 104, 106 in dem Gehäuse 102 vorhanden sind. Dann werden die Stromschienen 82, 92 von der gleichen Seite in das Gehäuse 102 eingeführt. Die Schraubklemmen 10 sind in dem Gehäuse 102 der Kontaktbrücke 100 schwimmend gelagert. D. h., die Schraubklemmen 10 sind mit Spiel, verschiebbar innerhalb der Aufnahmen 110 des Gehäuses 102 der Kontaktbrücke 100 angeordnet. In den Aufnahmen 110, insbesondere an den Wanderungen der Aufnahmen 110, sind federelastische Bauteile 120 vorgesehen, durch die die schwimmende Lagerung der Schraubklemmen 10 innerhalb der Aufnahmen 110 realisiert ist. Die federelastischen Bauteile 120 können federelastisch verformbare Kunststoffbauteile sein, beispielsweise in Form von schräg vorstehenden Haken oder Federelementen. Durch die federelastischen Bauteile 120 ist jede Schraubklemme 10 mit einem gewissen Spiel in den Aufnahmen 110 des Gehäuses 102 der Kontaktbrücke 100 schwimmend gelagert. Die federelastischen Bauteile 120, die Aufnahmen 110 innerhalb des Gehäuses 102 der Kontaktbrücke 100 sowie die Dimension der Schraubklemmen 10 sind so dimensioniert, dass nach dem Einführen der Schraubklemmen 10 in die Aufnahmen 110 die federelastischen Bauteile 120 die Schraubklemmen 10 unter Krafteinwirkung in den Aufnahmen 110 schwimmend halten. Die federelastischen Bauteile 120 formen sich nach einer Belastung, d. h. nach der Entfernung der Schraubklemme 10, wieder in den Ausgangszustand zurück. Die federelastischen Bauteile 120 halten die Schraubklemmen 10 innerhalb der Aufnahmen 110 kraftschlüssig, insbesondere durch einen Reibschluss, fest.
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3 verdeutlicht dies nochmal. Dort ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Kontaktbrücke 100 mit einer erfindungsgemäßen Schraubklemme 10 gezeigt. Die Kontaktbrücke 100 weist ein Gehäuse 102 mit Öffnungen 104 auf der einen Seite, und Öffnungen 106 auf der anderen Seite auf. In die Öffnung 104 ist eine Elektronikstromschiene 82 bis zur Schraubklemme 10 eingeführt. In die Öffnung 106 ist eine Statorstromschiene 92 bis zur Schraubklemme 10 eingeführt. Die Stromschienen 82, 92 sind kompakt ausgebildet und liegen plan aufeinander. Mittels der Klemmplatte 30 sind die Stromschienen 82, 92 zwischen der ersten Klemmanlage 22 des Klemmrahmens 20 und der zweiten erste Klemmanlage 22 der Klemmplatte 30 in der Schraubklemme 10 verklemmt. Die Klemmplatte 30 ist über die Gewindeschraube 28 der Gewindeplatte 24 in Richtung der Stromschienen 82, 92 bewegt worden, um diese aneinander und innerhalb der Schraubklemme 10 zu verklemmen. Die Schraubklemme 10 ist schwimmend gelagert kraftschlüssig in der Aufnahme des Gehäuses 102 der Kontaktbrücke 100 angeordnet. Die schwimmende Lagerung ist über die federelastischen Bauteile 120 hergestellt. Diese üben von mehreren Seiten Druck auf die in der Aufnahme platzierte Schraubklemme 10 aus, um diese sicher in der Aufnahme zu halten. Gleichzeitig ermöglichen die federelastischen Bauteile 120, dass die Schraubklemme 10 innerhalb der Aufnahme mit einem leichten Spiel bewegt werden kann. Dies ermöglicht, dass parallel angeordnete Stromschiene einer Leistungselektronik 80 bzw. einer Elektromaschine 90 einfach in die verschiedenen Schraubklemmen 10 der Kontaktbrücke 100 eingeführt werden kann, da diese aufgrund der schwimmende Lagerung einen Toleranzausgleich ermöglichen. Die Gewindeplatte 24 weist eine Gewindebohrung 26 auf, die die Gewindeschraube 28 drehbeweglich in der Gewindeplatte 24 hält. Die Klemmplatte 30 weist eine U-förmigen Form auf, wobei die Klemmplatte 30 formschlüssig, aber gleichzeitig beweglich, um die Gewindeplatte 24 angeordnet ist. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Ausgestaltung der Schraubklemme 10, was auch zu einer Bauraumoptimierung der Kontaktbrücke 100 führt.
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In 4 ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Elektromaschine 90 für ein Kraftfahrzeug 200 dargestellt. Die Elektromaschine 90 weist einen Stator und einen Rotor (jeweils nicht dargestellt) auf. Die Statorstromschienen 92 des Rotors, hier in Form von vier formstabilen Statorstromdrähten, sind durch die Öffnungen 106 zum Einführen der Statorstromschienen bzw. Statorstromdrähte 92 in der Kontaktbrücke 100 in die in der Kontaktbrücke 100 platzierte jeweilige Schraubklemme 10 eingeführt. Von außerhalb der Elektromaschine 90 sind externe Elektronikstromschienen 82 in die im Inneren der Elektromaschine 90 befindlichen Kontaktbrücke 100 derartig eingeführt, dass die jeweiligen Elektronikstromschienen 82 sandwichartig von den Statorstromdrähten 92 umgeben und innerhalb der jeweiligen Schraubklemme 10 elektrisch leitend mit den Statorstromdrähten 92 verklemmt sind. 5 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung eine Öffnung 106 für Statorstromschienen 92 einer erfindungsgemäße Schraubklemme 10. Die Öffnung 106 zum Einführen der Statorstromschienen 92 weist Zentriervorrichtungen 112 zum Zentrieren der Statorstromschienen 92 innerhalb einer Schraubklemme 10 auf. Die Zentriervorrichtungen 112 sind hier in Form von Stegen 114, welche Schrägen aufweisen, ausgebildet. Insbesondere werden die Zentriervorrichtungen 112 durch trichterförmige Wandlungen der Öffnungen 106 gebildet. Die Zentriervorrichtungen 112 ermöglichen ein definiertes Einführen der Statorstromdrähte 92 in die Kontaktbrücke 100 der Elektromaschine 90 und damit in die innerhalb der Kontaktbrücke 100 der Elektromaschine 90 befindlichen Schraubklemmen 10. Eine derartig ausgebildete Elektromaschine 90 ermöglicht es, dass externe Elektronikstromschienen 82 mit entsprechenden Statorstromschienen bzw. Statorstromdrähten 92 der Elektromaschine 90 bauraumoptimiert und montagetechnisch einfach elektrisch miteinander gekoppelt werden können. Die Öffnung 106 zum Einführen der Statorstromdrähte 92 weist Unteröffnungen 108, hier zwei Unteröffnungen 108, auf. In jeder der zwei Unteröffnungen 108 sind zwei Statorstromdrähte 92 eingeführt, die jeweils die Elektronikstromschiene 82 sandwichartig umschließen. Die Unteröffnungen 108 weisen Zentriervorrichtungen 112 in Form von Einführschrägen auf, die ein verbessertes Einführen der Statorstromdrähte in die jeweiligen Unteröffnungen 108 ermöglichen.
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In 6 ist in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug 200 mit einer erfindungsgemäßen Kontaktbrücke 100 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 200 weist eine Leistungselektronik 80 mit Elektronikstromschienen 82, eine Elektromaschine 90 mit einem Stator und Statorstromschienen 92 sowie eine Kontaktbrücke 100 zum elektrischen Koppeln der Elektronikstromschienen 82 der Leistungselektronik 80 mit den Statorstromschienen 92 des Stators der Elektromaschine 90 auf. Das Kraftfahrzeug 200 ist insbesondere als ein Elektro-Fahrzeug ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schraubklemme
- 20
- Klemmrahmen
- 22
- erste Klemmanlage
- 24
- Gewindeplatte
- 26
- Gewindebohrung
- 28
- Gewindeschraube
- 30
- Klemmplatte
- 32
- zweite Klemmanlage
- 34
- Vorsprung
- 36
- Klemmraum
- 40
- Basiselement
- 42, 44
- Schenkeln
- 80
- Leistungselektronik
- 82
- Elektronikstromschiene
- 90
- Elektromaschine
- 92
- Statorstromschiene/Statorstromdrähte
- 100
- Kontaktbrücke
- 102
- Gehäuse
- 104
- Öffnungen zum Einführen der Elektronikstromschienen
- 106
- Öffnungen zum Einführen der Statorstromschienen
- 108
- Unteröffnungen
- 110
- Aufnahmen
- 112
- Zentriervorrichtung
- 114
- Steg
- 116
- Zentriervorrichtung
- 120
- federelastische Bauteile
- 200
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019212980 A1 [0004]
- DE 102019200751 A1 [0004]