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Die Erfindung betrifft eine Anschlussanordnung für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Antriebsstrang mit der Anschlussanordnung.
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Es sind Elektrofahrzeuge bekannt, bei denen die elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs von einer Batterie oder dergleichen einem Elektromotor unter Zwischenschaltung eines Inverters zugeführt wird. Die Batterie und der Elektromotor sind üblicherweise jeweils über eine Leistungsleitung an den Inverter in geeigneter Weise angeschlossen, um den Elektromotor in einem Motorbetrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Um eine elektrische Gefährdung durch unbeabsichtigtes, unsachgemäßes oder anderweitig bedingtes Trennen der Leistungsleitung zu unterbinden, sind Abdeckungen mit sogenannten Interlock-Systemen, auch als High Voltage Interlock (HVIL) bezeichnet, bekannt, welche beim Abnehmen der Abdeckung einen Stromkreis unterbrechen.
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Die Druckschrift
DE 10 2019 212 980 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Maschinengehäuse und mit einem zentralen Aufnahmeraum, in welchem ein Stator mit einer Statorwicklung und mit einer Verschaltungsanordnung mit mehrere internen Leitern angeordnet ist. Es ist dabei eine Hochspannungsanschlussanordnung mit mehreren Verbindungsstellen vorgesehen, an denen die internen Leiter paarweise mit externen Leitern einer Hochspannungsquelle verbunden sind. Die Hochspannungsanschlussanordnung weist eine abnehmbare Abdeckung auf, welche einen Zugriffsbereich verschließt und wobei weiter eine elektrische Sicherheitssperreinrichtung (Interlock) mit einer Niederspannungsschaltung ausgebildet ist, um mittels eines elektrischen Bauelements einen Öffnungszustand des Zugriffsbereichs der Hochspannungsanschlussanordnung zu detektieren, wobei die Hochspannungsanschlussanordnung bei einem detektierten Offen-Zustand des Zugriffsbereichs spannungsfrei geschaltet wird. Zudem ist vorgesehen, die externen Leiter von außen durch das Maschinengehäuse in den Aufnahmeraum einzuführen und die Hochspannungsanschlussanordnung und den Zugriffsbereich innerhalb des Aufnahmeraums auszubilden und das elektrische Bauelement innerhalb des Aufnahmeraums anzuordnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussanordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche sich durch eine verringerte Teileanzahl sowie eine kostengünstige Ausgestaltung auszeichnet. Ferner ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen entsprechenden elektrischen Antriebsstrang mit der Anschlussanordnung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anschlussanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen elektrischen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anschlussanordnung, welche für eine Hochvoltkomponente in einem elektrischen Antriebsstrang ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Hochvoltkomponente kann eine elektrische Maschine oder ein Wechselrichter oder ein elektrischer Energiespeicher (Akkumulator) sein.
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Die Anschlussanordnung weist ein Gehäuse auf, welches einen Aufnahmebereich zur Aufnahme der Hochvoltkomponente sowie einen Anschlussbereich zum elektrischen Anschluss der Hochvoltkomponente an einen Hochvoltanschluss aufweist. Prinzipiell können der Aufnahmebereich und der Anschlussbereich räumlich voneinander getrennt sein. Alternativ können der Aufnahmebereich und der Anschlussbereich jedoch auch gemeinsam in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein. Dabei ist zumindest der Anschlussbereich von außen über mindestens oder genau eine Anschlussöffnung zugänglich. Insbesondere ist eine Hochvoltleitung von außen in den Anschlussbereich geführt und an den Hochvoltanschluss angeschlossen. Die Hochvoltleitung kann wahlweise als eine DC-Hochvoltleitung zur Übertragung von Gleichstrom, insbesondere zwischen dem Energiespeicher und dem Wechselrichter des Antriebsstrangs, oder eine AC-Hochvoltleitung zur Übertragung von Wechselstrom, insbesondere zwischen der elektrischen Maschine und dem Wechselrichter des Antriebsstrangs ausgebildet sein. Der Hochvoltanschluss kann somit wahlweise als ein der elektrischen Maschine zugeordneter Hochvoltanschluss, insbesondere ein AC-Hochvoltanschluss zum Anschluss AC-Hochvoltleitung, oder ein dem Energiespeicher zugeordneter Hochvoltanschluss, insbesondere ein DC-Hochvoltanschluss zum Anschluss der DC-Hochvoltleitung, oder ein dem Wechselrichter zugeordneter Hochvoltanschluss, insbesondere ein AC- oder DC-Hochvoltanschluss zum Anschluss der AC- bzw. DC-Hochvoltleitung, ausgebildet sein. Insbesondere sind unter „Hochvolt“ Wechselspannungen über 30 V bzw. Gleichspannungen über 60 V zu verstehen.
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Die Anschlussanordnung weist eine abnehmbare Anschlussabdeckung auf, welche zur berührungssichern Abdeckung des über die Anschlussöffnung zugänglichen Hochvoltanschlusses ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Anschlussabdeckung hat insbesondere die Funktion den Hochvoltanschluss in einem Montagezustand abzudecken, sodass der Hochvoltanschluss gegen Berührung von außen abgedeckt bzw. unzugänglich ist. Insbesondere ist der Hochvoltanschluss über die Anschlussöffnung in einem Demontagezustand der Anschlussabdeckung zugänglich. Vorzugsweise ist die Anschlussabdeckung hierzu in einer Öffnungsrichtung von dem Gehäuse abnehmbar. Die Anschlussabdeckung kann als ein Gehäusedeckel ausgebildet, welcher die Anschlussöffnung im Montagezustand vollständig bzw. unmittelbar abdeckt. Alternativ kann die Anschlussabdeckung jedoch auch als eine Gehäuseverkleidung ausgebildet sein, welche ein oder mehrere die Anschlussöffnung(en) verschließende Verschlussmittel mittelbar abdeckt und/oder gegen Lösen sichert. Die Anschlussabdeckung kann über mindestens oder genau ein Befestigungsmittel form- und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraub-, Schnapp- und/oder Steckverbindung, lösbar an dem Gehäuse befestigt und/oder befestigbar sein.
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Die Anschlussanordnung weist eine Sicherheitseinrichtung auf, welche zur Spannungsunterbrechung einer Spannungsversorgung des Hockvoltanschlusses bei einer Demontage der Anschlussabdeckung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Sicherheitseinrichtung weist hierzu einen ersten und einen zweiten Steckverbindungsabschnitt auf, welche in einem Montagezustand der Anschlussabdeckung in der Öffnungsrichtung der Anschlussabdeckung zu einer Steckverbindung gefügt sind. Insbesondere wird die Steckverbindung bei der Demontage getrennt, wodurch ein Demontagezustand detektiert und eine Energieversorgung an dem Hochvoltanschluss unterbrochen wird bevor auf den Hochvoltanschluss zugegriffen werden kann. Die Sicherheitseinrichtung ist hierzu insbesondere als ein sogenannter High Voltage Interlock (HVIL) ausgebildet.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitseinrichtung außerhalb des Anschlussbereichs an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet ist. Der erste Steckverbindungsabschnitt ist dabei an der Anschlussabdeckung und der zweite Steckverbindungsabschnitt an dem Gehäuse festgelegt. Vorzugsweise ist die Sicherheitseinrichtung an einer äußeren Seitenwand des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist der erste Steckverbindungsabschnitt derart an der Anschlussabdeckung angeordnet, sodass dieser in nur einer einzigen Orientierung der Anschlussabdeckung mit dem zweiten Steckverbindungsabschnitt verbindbar ist. Anders ausgedrückt, kann die Anschlussabdeckung zur Bildung der Steckverbindung in nur einer einzigen Orientierung an dem Gehäuse montiert werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bekannte Interlock-System zur Absicherung von Hochvoltbereichen eines elektrischen Antriebs üblicherweise über einen Steck- oder Schaltkontakt innerhalb des abzusichernden Hochvoltbereiches angeordnet sind. Derartige Konzepte benötigen einen gewissen Bauraumbedarf und mehrere Teile, wie Durchführung, Halter, Toleranzausgleich, Brücke, Kabelhalter etc. Zudem unterliegen diese Interlock-System hohen Anforderungen bezüglich thermischer Belastung und ggf. Abdichtung.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Sicherheitseinrichtung durch die Anordnung außerhalb des Anschlussbereiches deutlich einfacher ausgestaltet und in einfacher und kostengünstiger Weise befestigt werden kann. Weiterhin unterliegt die Sicherheitseinrichtung außerhalb des Gehäuses deutlich geringeren thermischen Anforderungen. Dadurch dass die Sicherheitseinrichtung nicht mehr als in die Anschlussabdeckung integrierter Durchgangsstecker ausgebildet werden muss, können Anzahl und Kosten der benötigten Teile deutlich reduziert werden.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Steckverbindungsabschnitt in der Öffnungsrichtung lösbar und/oder verrastungsfrei miteinander kontaktiert sind. Insbesondere ist „verrastungsfrei“ dahingehend zu verstehen, dass die beiden Steckverbindungsabschnitte in dem Montagezustand der Anschlussabdeckung ohne Rastierung zueinander gehalten sind, sodass die Steckverbindung bei Demontage der Anschlussabdeckung selbsttätig gelöst wird. Vorzugsweise sind die beiden Steckverbindungsabschnitte im Montagezustand über eine Dichtung gegeneinander abgedichtet, welche zusätzlich einen Reibschluss zwischen den beiden Steckverbindungsabschnitten erzeugt, um diese im Montagezustand relativ zueinander zu halten. Es wird somit eine Steckverbindung vorgeschlagen, welche bei einer Demontage der Anschlussabdeckung sicher getrennt wird und zugleich eine einfache Montage bzw. Demontage der Anschlussabdeckung erlaubt.
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In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass der erste Steckverbindungsabschnitt einen Interlock-Stecker und der zweite Steckverbindungsabschnitt eine Interlock-Buchse aufweist, wobei der Interlock-Stecker zur Bildung eines Kurzschlusses in dem Montagezustand der Anschlussabdeckung in die Interlock-Buchse eingesteckt ist. Insbesondere ist der Interlock-Stecker über ein Kurzschlusselement, wie z.B. eine Steckbrücke, in dem Montagezustand der Anschlussabdeckung kurzgeschlossen, wenn die Anschlussabdeckung korrekt installiert ist. Insbesondere wird bei einer Demontage der Anschlussabdeckung der Kurzschluss automatisch unterbrochen, um die Energieversorgung an dem Hochvoltanschluss zu unterbrechen bevor auf den Hochvoltanschluss zugegriffen werden kann. Insbesondere weisen der Interlock-Stecker und die Interlock-Buchse jeweils mindestens oder genau zwei Anschlusspole auf. Bevorzugt entspricht die Fügerichtung des Interlock-Steckers und der Interlock-Buchse der Öffnungsrichtung der Anschlussabdeckung. Es wird somit eine Sicherheitseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Interlock-Stecker einen Steckerteil mit zwei überbrückten Kontaktstiften, auch als Leiter- oder Steckbrücke bezeichnet, aufweist. Vorzugsweise ist der Interlock-Stecker als eine Stiftwanne ausgebildet. Es wird somit ein Interlock-Stecker vorgeschlagen, welcher sich durch eine einfache Montage sowie einen robusten Aufbau auszeichnet.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Interlock-Buchse einen Kontaktteil mit zwei offenen, buchsenförmigen Kontaktaufnahmen zur Aufnahme der Kontaktstifte sowie eine den Kontaktteil zumindest abschnittsweise umlaufende Einführkontur zur Positionier- bzw. Einführhilfe des Interlock-Steckers aufweist. Insbesondere hat die Einführkontur die Funktion, die Kontaktstifte bei einer Montage der Anschlussabdeckung selbsttätig in die jeweils zugehörige Kontaktaufnahme zu führen. Die Einführkontur kann beispielsweise als ein den Kontaktteil umrandender Kragen ausgebildet sein, welcher eine zu dem Steckerteil komplementäre Kontur aufweist. Es wird somit eine Interlock-Buchse vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache und sichere Einführung der Kontaktstifte in die Kontaktaufnahmen auszeichnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Steckverbindungsabschnitt eine Schutzkappe aufweist, welche eine Durchgangsöffnung zur Durchführung eines Leitungsendes einer Signalleitung zu der Interlock-Buchse aufweist. Die Schutzkappe ist dabei mit der Interlock-Buchse zu einer gemeinsamen Baueinheit verbunden. Insbesondere dient die Schutzkappe zur Führung und/oder zum Schutz des Leitungsendes und/oder zur Befestigung der Interlock-Buchse und/oder zum Toleranzausgleich zwischen Interlock-Buchse und Interlock-Stecker. Die Schutzkappe weist vorzugsweise einen Einführbereich auf, in welchen die Signalleitung eingeführt und gegen herausziehen gesichert ist. Die Schutzkappe weist weiterhin einen Kontaktierungsbereich auf, in welchen mindestens zwei Einzelleiter der Signalleitung mit der jeweiligen Kontaktaufnahme elektrisch leitend verbunden sind. Vorzugsweise ist die Signalleitung mit einer Niedervoltschaltung verbunden, welche ausgebildet ist, den Hochvoltanschluss bei detektierten Demontagezustand der Anschlussabdeckung spannungsfrei zu schalten. Es wird somit eine Sicherungseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen sicheren und zugleich einfachen Anschluss der Signalleitung auszeichnet.
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In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schutzkappe eine Buchsenaufnahme aufweist, wobei die Interlock-Buchse innerhalb der Buchsenaufnahme in der Öffnungsrichtung (z-Richtung) festgelegt ist und in einer auf die Öffnungsrichtung bezogenen Radialebene (x-y-Ebene) und/oder Querrichtung (x-y-Richtung) schwimmend gelagert und/oder querverschiebbar ist. Vorzugsweise ist die Radialebene als eine Ebene zu verstehen, welche senkrecht zu dem Richtungsvektor der Öffnungsrichtung angeordnet ist und/oder durch die Richtungsvektoren der Querrichtung (x-Richtung, y-Richtung) aufspannt wird. Insbesondere ist „schwimmend gelagert“ dahingehend zu verstehen, dass die Interlock-Buchse mit einem geringen Spiel innerhalb der Radialebene bzw. in Querrichtung bewegbar ist. Durch die schwimmende Lagerung ist eine Relativbewegung zwischen Interlock-Buchse und Interlock-Stecker möglich, sodass die Kontaktstifte sicher in die zugehörigen Kontaktaufnahmen eingeführt werden können und Montagetoleranzen in einfacher Weise ausgeglichen werden können.
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In einer weiteren konstruktiven Realisierung ist vorgesehen, dass der erste Steckverbindungsabschnitt über eine erste steckbare Rastverbindung an der Anschlussabdeckung festgelegt ist. Hierzu weist der erste Steckverbindungsabschnitt eine erste Rastkontur auf, welche zur Verrastung mit einer an der Anschlussabdeckung angeordneten Gegenkontur ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die erste Rastverbindung als eine Klips- oder Schnapphakenverbindung ausgebildet ist. Die erste Rastkontur kann hierzu beispielsweise durch ein oder mehrere an dem ersten Rastverbindungsabschnitt angeformte Rastzungen, Schnapphaken oder dergleichen ausgebildet sein, welche entsprechend mit der Gegenkontur an der Anschlussabdeckung in Eingriff stehen. Optional kann der erste Steckverbindungsabschnitt mindestens eine erste Zentrierkontur aufweisen, über welche der erste Steckverbindungsabschnitt im montierten Zustand gegen Verdrehen an der Anschlussabdeckung gesichert ist. Beispielsweise kann die erste Zentrierkontur als ein Zapfen, Stift oder dergleichen ausgebildet sein, welcher in einer korrespondierenden Öffnung an der Anschlussabdeckung aufgenommen ist. Insbesondere sind der erste Steckverbindungsabschnitt und die Anschlussabdeckung aus einem unterschiedlichen Material gefertigt. Besonders bevorzugt ist der erste Steckverbindungsabschnitt als ein Kunststoffsteil, insbesondere als ein Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Es wird somit eine besonders einfach und kostengünstige Anbindung des ersten Steckverbindungsabschnittes an der Anschlussabdeckung vorgeschlagen.
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In einer weiteren konstruktiven Realisierung ist vorgesehen, dass der zweite Steckverbindungsabschnitt über eine zweite steckbare Rastverbindung an dem Gehäuse festgelegt ist. Hierzu weist der zweite Steckverbindungsabschnitt eine zweite Rastkontur auf, welche zur Verrastung mit einer an dem Gehäuse angeordneten Gegenkontur ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die zweite Rastverbindung als eine weitere Klips- oder Schnapphakenverbindung ausgebildet ist. Die zweite Rastkontur kann hierzu beispielsweise durch ein oder mehrere an dem zweiten Rastverbindungsabschnitt angeformte Rastzungen, Schnapphaken oder dergleichen ausgebildet sein, welche entsprechend mit der Gegenkontur am Gehäuse in Eingriff stehen. Optional kann der zweite Steckverbindungsabschnitt mindestens eine zweite Zentrierkontur aufweisen, über welche der zweite Steckverbindungsabschnitt im montierten Zustand gegen Verdrehen an dem Gehäuse gesichert ist. Beispielsweise kann die zweite Zentrierkontur als ein weiterer Zapfen, Stift oder dergleichen ausgebildet sein, welcher in einer korrespondierenden Öffnung an dem Gehäuse aufgenommen ist. Insbesondere sind der zweite Steckverbindungsabschnitt und das Gehäuse aus einem unterschiedlichen Material gefertigt. Besonders bevorzugt ist der zweite Steckverbindungsabschnitt als ein weiteres Kunststoffsteil, insbesondere als ein weiteres Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Es wird somit eine besonders einfach und kostengünstige Anbindung des zweiten Steckverbindungsabschnittes an dem Gehäuse vorgeschlagen.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die zweite Rastkontur an der Interlock-Buchse angeordnet ist. Alternativ ist die zweite Rastkontur an der Schutzkappe angeordnet. Insbesondere bei einer Anordnung an der Interlock-Buchse, kann die Schutzkappe als Standardteil ausgeführt werden. Dadurch kann eine weitere Vereinfachung der Sicherungseinrichtung realisiert werden.
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In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Rastkontur um 90 Grad zueinander versetzt ausgerichtet sind. Insbesondere ist hierzu der erste Steckverbindungsabschnitt in der Öffnungsrichtung über die erste Rastverbindung an der Anschlussabdeckung festgelegt und der zweite Steckverbindungsabschnitt in der Querrichtung über die zweite Rastverbindung an dem Gehäuse festgelegt. Alternativ sind die erste und die zweite Rastkontur um 180 Grad zueinander versetzt ausgerichtet. Insbesondere ist hierzu der erste Steckverbindungsabschnitt in der Öffnungsrichtung über die erste Rastverbindung an der Anschlussabdeckung festgelegt und der zweite Steckverbindungsabschnitt entgegen der Öffnungsrichtung über die zweite Rastverbindung an dem Gehäuse festgelegt.
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In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass das Gehäuse mehrere durch jeweils ein Verschlussmittel verschlossene Anschlussöffnungen aufweist, wobei zumindest die Verschlussmittel in dem Montagezustand der Anschlussabdeckung berührungssicher und/oder demontagesicher durch die Anschlussabdeckung abgedeckt sind. Insbesondere erstreckt sich die Anschlussabdeckung hierzu über die Verschlussmittel, sodass diese im Montagezustand durch die Anschlussabdeckung vollständig oder zumindest teilweise abgedeckt sind. Die Anschlussabdeckung ist hierzu beispielsweise als eine Brücke ausgebildet. Vorzugsweise ist jeweils eine Verbindungsstelle des Hochvoltanschlusses über je eine der Anschlussöffnungen zugänglich. Beispielsweise kann der Hochvoltanschluss drei der Verbindungsstellen aufweisen. Die Verschlussmittel sind jeweils als eine Verschlussschraube ausgebildet, welche in die jeweils zugehörige Anschlussöffnung eingeschraubt sind. Es wird somit eine besonders sichere Abdeckung bzw. Verschluss der Anschlussöffnungen realisiert.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Steckverbindungsabschnitt und die Anschlussabdeckung, insbesondere die Brücke, aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt sind. Insbesondere sind die Anschlussabdeckung und der erste Steckverbindungsabschnitt als ein gemeinsames Kunststoffsteil, vorzugsweise aus einem gemeinsamen Kunststoffspritzguss gefertigt, ausgebildet. Es wird somit eine Anschlussanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Montage sowie eine geringe Teileanzahl auszeichnet.
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In einer weiteren Realisierung ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung innerhalb eines Schutzbereichs gegenüber einer Umgebung geschützt aufgenommen ist. Insbesondere kann der Schutzbereich ein gegen einen Fremdpartikeleintritt, z.B. Staub, Spritzwasser, etc., abgedichteter Raum sein, in welchem die Sicherheitseinrichtung vollständig aufgenommen. Der Schutzbereich kann prinzipiell als ein gegenüber dem Anschlussbereich und dem Aufnahmebereich abgetrennter Bereich des Gehäuses ausgebildet sein. Alternativ kann der Schutzbereich jedoch auch durch ein separates Schutzgehäuse gebildet sein. Es wird somit eine besonders sichere und robuste Anschlussanordnung vorgeschlagen, welche gegen äußere Umwelteinflüsse abgeschirmt ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen elektrischen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit der Anschlussanordnung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 14. Der elektrische Antriebsstrang kann ein rein elektrischer oder ein hybridisierter Antriebsstrang sein. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellen-, Plug-In-Hybrid- oder Hybrid-Elektrofahrzeug sein. Der elektrische Antriebsstrang weist vorzugsweise eine elektrische Maschine, einen Wechselrichter und einen Energiespeicher auf, wobei die Hochvoltleitung die elektrische Maschine mit dem Wechselrichter über jeweils einen Hochvoltanschluss (AC-Hochvoltanschluss) und/oder den Energiespeicher mit dem Wechselrichter über jeweils einen Hochvoltanschluss (DC-Hochvoltanschluss) elektrisch verbindet. Insbesondere kann der Hochvoltanschluss der elektrischen Maschine und/oder des Energiespeichers und/oder des Wechselrichters durch die Anschlussabdeckung abgedeckt sein, wobei entsprechend die zugehörige Sicherheitseinrichtung außerhalb des Anschlussbereichs an einer Außenseite des entsprechenden Gehäuses unter Bildung der Steckverbindung angeordnet ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Anschlussanordnung des Antriebsstranges;
- 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Sicherheitseinrichtung der Anschlussanordnung in einem Montagezustand;
- 4 die Sicherheitseinrichtung aus 3 in einer Schnittdarstellung;
- 5 eine alternative Ausführung der Sicherheitseinrichtung in gleicher Darstellung wie 4;
- 6 eine alternative Ausführung der Anschlussanordnung in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen elektrischen Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug, nicht dargestellt, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Antriebsstrang 1 weist einen Energiespeicher 2, z.B. eine Batterie, einen Wechselrichter 3 sowie eine elektrische Maschine 4, welche in bekannter Weise als Elektromotor oder Stromgenerator betrieben werden kann, auf. Die elektrische Maschine 4 ist zum Antrieb des Fahrzeugs antriebstechnisch mit einem Getriebe 5 verbunden, welches ein von der elektrischen Maschine 4 erzeugtes Antriebsmoment auf mindestens zwei Fahrzeugräder 6a, 6b übersetzt.
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Zur Versorgung der elektrischen Maschine 4 in einem Motorbetrieb mit elektrischer Energie durch den Energiespeicher 2 bzw. zur Einspeisung von in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 4 erzeugter elektrischer Energie in den Energiespeicher 2, ist der Energiespeicher 2 über eine erste Hochvoltleitung 7a, insbesondere eine DC-Hochvoltleitung, mit dem Wechselrichter 3 elektrisch verbunden und die elektrische Maschine 4 über eine zweite Hochvoltleitung 7b, insbesondere eine AC-Hochvoltleitung, mit dem Wechselrichter 3 elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 3 hat dabei die Funktion, eine von dem Energiespeicher 2 bereitgestellte Gleichspannung (DC) in eine Wechselspannung (AC) für die elektrische Maschine 4 umzuwandeln bzw. eine von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung für den Energiespeicher 2 umzuwandeln.
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Der Antriebsstrang 1 weist eine Anschlussanordnung 8 mit einen Hochvoltanschluss 9 zum Anschluss der zweiten Hochvoltleitung 7b, insbesondere ein AC-Hochvoltanschluss, an die elektrische Maschine 4 auf. Weiterhin weist die Anschlussanordnung 8 eine Anschlussabdeckung 10 auf, wobei die Anschlussabdeckung 10 in einem Montagezustand den Hochvoltanaschluss 9 berührungssicher abdeckt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist zumindest die Anschlussanordnung 8 der elektrischen Maschine 4 eine elektrische Sicherheitseinrichtung (Interlock) 11 auf, welche über eine Signalleitung 12 mit einer schematisch angedeuteten Niederspannungsschaltung 13 signaltechnisch verbunden ist. Die Sicherheitseinrichtung 11 ist als eine Steckerverbindung ausgebildet, welche bei einer Demontage der Anschlussabdeckung 10 getrennt wird, um dadurch einen Demontagezustand der Anschlussabdeckung 10 zu detektieren. Dabei ist die Niederspannungsschaltung 13 ausgebildet, den Hochvoltanschluss 9 spannungsfrei zu schalten, wenn ein Demontagezustand detektiert wird, so dass ein gefahrloses Eingreifen möglich ist. Das bedeutet, dass die elektrische Maschine 4 nur betrieben werden kann, wenn die Anschlussabdeckung 10 vorschriftsmäßig montiert ist.
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Prinzipiell können optional ebenso der Energiespeicher 2 und/oder der Wechselrichter 3 mit einer derartigen Sicherheitseinrichtung zur Absicherung der zugehörigen Anschlussabdeckung, nicht dargestellt, abgesichert sein.
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2 zeigt die Anschlussanordnung 8 mit der Anschlussabdeckung 10 in einem Montagezustand. Die Anschlussanordnung 8 umfasst ein Gehäuse 14, welches in einen Aufnahmebereich 15 und einen Anschlussbereich 16 unterteilt ist. Der Aufnahmebereich 15 kann beispielsweise als ein Maschinenraum ausgebildet sein, in welchem ein Stator und ein Rotor der elektrischen Maschine 4 aufgenommen sein können. Der Anschlussbereich 16 ist als ein räumlich von dem Aufnahmebereich 15 abgetrennter Anschlussraum ausgebildet, innerhalb dessen mehrere als bandförmige Stromschienen ausgebildete interne Leiter 17 angeordnet sind, welche zum elektrischen Anschluss einer Statorverschaltung, nicht darstellt, an den Hochvoltanschluss 9 dienen. Der Hochvoltanschluss 9 weist hierzu mehrere Verbindungsstellen 19 auf, an denen die internen Leiter 17 paarweise mittels Schraubbolzen mit externen Leitern 18 der Hochvoltleitung 7b verbunden sind.
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Der Anschlussbereich 16 ist dabei von außen über mindestens eine Anschlussöffnung 20 zugänglich, um einen Zugriff auf den Hochvoltanschluss 9 freizugeben. In dem Montagezustand der Anschlussabdeckung 10 ist die Anschlussöffnung 20 verschlossen, sodass der Hochvoltanschluss 9 gegen Berühren gesichert ist. Die Anschlussabdeckung 10 kann bespielweise als eine ebene Abdeckplatte ausgebildet sein, welche die Anschlussöffnung 20 im Montagezustand vollständig abdeckt und in einem Randbereich an dem Gehäuse 14 abgestützt ist. Die Anschlussabdeckung 10 ist dabei in dem Randbereich über mehrere Befestigungsmittel 21, z.B. Schrauben, an dem Gehäuse 14 befestigt.
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Die Sicherheitseinrichtung 11 weist einen ersten und einen zweiten Steckverbindungsabschnitt 22, 23 auf, welche in einem Montagezustand der Anschlussabdeckung 10 außerhalb des Anschlussbereiches 16 an einer Außenseite des Gehäuses 14 in einer Öffnungsrichtung 100 der Anschlussabdeckung 10 zu einer Steckverbindung 11 gefügt sind. Der erste Steckverbindungsabschnitt 22 ist dabei an der Anschlussabdeckung 10 und der zweite Steckverbindungsabschnitt 23 an dem Gehäuse 14 festgelegt. Durch die Anordnung der Sicherheitseinrichtung 11 außerhalb des Anschlussbereichs 16 kann auf eine aufwändige Ausgestaltung der Sicherheitseinrichtung 11 als Durchgangsstecker sowie die damit verbundenen Probleme der Abdichtung verzichtet werden. Weiterhin unterliegt die Sicherheitseinrichtung 11 nur noch einer geringen thermischen Anforderung, sodass hier auf deutliche einfachere und kostengünstigere Komponenten zurückgegriffen werden kann.
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3 zeigt die Sicherheitseinrichtung 11 im Montagezustand der Anschlussabdeckung 10 in einer perspektivischen Ansicht. Der erste Steckverbindungsabschnitt 22 weist einen Interlock-Stecker 24 und der zweite Steckverbindungsabschnitt 23 eine Interlock-Buchse 25 auf, wobei der Interlock-Stecker 24 zur Bildung eines Kurzschlusses in dem Montagezustand der Anschlussabdeckung 10 in die Interlock-Buchse 25 verrastungsfrei eingesteckt ist. Bei einer Abnahme der Anschlussabdeckung 10 in der Öffnungsrichtung 100 wird die Steckverbindung zwischen den beiden Steckverbindungsabschnitten 22, 23 selbsttätig getrennt, wobei der Kurzschluss unterbrochen und der Hochvoltanschluss 9 spannungsfrei geschaltet wird.
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Der zweite Steckverbindungsabschnitt 23 weist zudem eine Schutzkappe 26 auf, welche zum Schutz und zur Führung der Signalleitung 12 dient. Die Schutzkappe 26 weist eine Buchsenaufnahme 27 zur Aufnahme der Interlock-Buchse 25 auf, wobei die Interlock-Buchse 25 zumindest in der Öffnungsrichtung 100 in der Buchsenaufnahme 27 festgelegt ist. Um einen Toleranzausgleich in einer Querrichtung 101 zwischen dem Interlock-Stecker 24 und der Interlock-Buchse 25 zu ermöglichen, ist die Interlock-Buchse 25 innerhalb der Buchsenaufnahme 27 mit einem geringen Spiel begrenzt verschiebbar aufgenommen.
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Zur Montage der Sicherheitseinrichtung 11 ist der erste Steckverbindungsabschnitt 22 über eine erste Rastverbindung 28 an der Anschlussabdeckung 10 festgelegt und der zweite Steckverbindungsabschnitt 23 über eine zweite Rastverbindung 29 an dem Gehäuse 14 festgelegt. In der gezeigten Darstellung ist die erste Rastverbindung 28 dabei in der Öffnungsrichtung 100 und die zweite Rastverbindung 29 in der Querrichtung 101 gebildet.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils die Sicherheitseinrichtung 11 in unterschiedlichen Ausführungen. Wie der 4 zu entnehmen, weist die Schutzkappe 26 eine Durchgangsöffnung 30 auf, durch welche ein Leitungsende 31 der Signalleitung 12 zu der Interlock-Buchse 25 geführt ist.
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Der Interlock-Stecker 24 ist als eine Stiftwanne ausgebildet, welche einen Steckerteil 32 mit zwei als Steckbrücke ausgebildeten Kontaktstiften 33 aufweist. Die Interlock-Buchse 25 weist einen zur dem Steckerteil 32 komplementären Kontaktteil 34 mit zwei offenen, buchsenförmigen Kontaktaufnahmen 35 zur Aufnahme der Kontaktstifte 33 in der Öffnungsrichtung 100 der Anschlussabdeckung 10 auf. Die Interlock-Buchse 25 weist zudem eine den Kontaktteil 34 zumindest abschnittsweise umlaufende Einführkontur 36, welche als Einführhilfe des Steckerteils 32 bei einer Montage der Anschlussabdeckung 10 dient.
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Die Schutzkappe 26 weist weiterhin einen Einführbereich 37 auf, in welchen die Signalleitung 12 eingeführt und gegen herausziehen gesichert ist, sowie einen Kontaktierungsbereich 38 auf, in welchen mindestens zwei Einzelleiter 39 der Signalleitung 12 mit der jeweiligen Kontaktaufnahme 35 elektrisch leitend verbunden sind.
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Wie in den 4 und 5 dargestellt, weist der erste Steckverbindungsabschnitt 22 eine in der Öffnungsrichtung 100 ausgerichtete erste Rastkontur 40 auf, welche mit einer an der Anschlussabdeckung 10 angeordneten ersten Gegenkontur 41 in Eingriff steht. Bei der Ausführung gemäß 4 weist der zweite Steckverbindungsabschnitt 23 eine in Querrichtung 101, also um 90 Grad versetzt, ausgerichtete zweite Rastkontur 42, nicht dargestellt, auf, welche mit einer an dem Gehäuse 14 angeordneten zweiten Gegenkontur 43, nicht dargestellt, in Eingriff steht. Bei der Ausführung gemäß 5 ist die zweite Rastkontur 42 entgegen der Öffnungsrichtung 100, also um 180 Grad versetzt, ausgerichtet und steht entsprechend mit der am Gehäuse 14 angeordneten zweiten Gegenkontur 43 in Eingriff. Die erste und die zweite Rastverbindung 28, 29 sind jeweils als eine Schnappverbindung ausgeführt, wobei die erste und die zweite Rastkontur 40, 42 hierzu jeweils als Schnapphaken ausgebildet sind.
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Weiterhin weisen die erste und die zweite Rastverbindung 28, 29 jeweils einen ersten bzw. zweiten Zentrierungsstift 44, 45 auf, welche sich gleichgerichtet zu der jeweils zugehörigen Rastkontur 40, 42 erstrecken und in jeweils einer zugehörigen ersten bzw. zweiten Öffnung 46, 47 an dem Anschlussdeckel 10 bzw. dem Gehäuse 14 aufgenommen sind. Der Zentrierungsstift 44, 45 dient insbesondere als Zentrier- bzw. Positionierhilfe bei einer Montage und/oder als Verdrehsicherung.
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6 zeigt eine alternative Ausführung der Anschlussanordnung 8 in einer Schnittdarstellung. Die Anschlussanordnung 8 weist hierbei mehrere der Anschlussöffnungen 20 auf, wobei jeweils eine Verbindungsstelle 19 über je eine Anschlussöffnung 20 zugänglich ist. Die Anschlussöffnungen 20 sind jeweils durch ein Verschlussmittel 48, z.B. eine Verschlussschraube, berührungssicher verschlossen, wobei die Anschlussabdeckung 10 sich zumindest teilweise derart über die Verschlussmittel 48 erstreckt, dass diese gegen Lösen gesichert sind.
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Um die Verschlussmittel 48 entfernen zu können, muss hierzu die Anschlussabdeckung 10 in der Öffnungsrichtung 100 entfernt werden, wobei zugleich der Hochvoltanschluss 9 durch die Sicherheitseinrichtung 11 spannungslos geschaltet wird. Die Anschlussabdeckung 10 und der erste Steckverbindungsabschnitt 22 sind dabei jeweils aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, z.B. aus einem gemeinsamen Kunststoffspritzguss, gefertigt, wobei die Befestigungsmittel 21 jeweils als unmittelbar an die Anschlussabdeckung angeformte Schnapphaken zur Bildung einer Schnappverbindung ausgebildet sind.
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Bezugszeichen
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Energiespeicher
- 3
- Wechselrichter
- 4
- elektrische Maschine
- 5
- Getriebe
- 6a,b
- Fahrzeugräder
- 7a,b
- Hochvoltleitung
- 8
- Anschlussanordnung
- 9
- Hockvoltanschluss
- 10
- Anschlussabdeckung
- 11
- Sicherheitseinrichtung
- 12
- Signalleitung
- 13
- Niederspannungsschaltung
- 14
- Gehäuse
- 15
- Aufnahmebereich
- 16
- Anschlussbereich
- 17
- interne Leiter
- 18
- externe Leiter
- 19
- Verbindungsstelle
- 20
- Anschlussöffnung
- 21
- Befestigungsmittel
- 22
- erster Steckverbindungsabschnitt
- 23
- zweiter Steckverbindungsabschnitt
- 24
- Interlock-Stecker
- 25
- Interlock-Buchse
- 26
- Schutzkappe
- 27
- Buchsenaufnahme
- 28
- erste Rastverbindung
- 29
- zweite Rastverbindung
- 30
- Durchgangsöffnung
- 31
- Leitungsende
- 32
- Steckerteil
- 33
- Kontaktstifte
- 34
- Kontaktteil
- 35
- Kontaktaufnahme
- 36
- Einführkontur
- 37
- Einführbereich
- 38
- Kontaktierungsbereich
- 39
- Einzelleiter
- 40
- erste Rastkontur
- 41
- erste Gegenkontur
- 42
- zweite Rastkontur
- 43
- zweite Gegenkontur
- 44
- erster Zentrierungsstift
- 45
- zweiter Zentrierungsstift
- 46
- erste Öffnung
- 47
- zweite Öffnung
- 48
- Verschlussmittel
- 100
- Öffnungsrichtung
- 101
- Querrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019212980 A1 [0003]
