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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltschnittstelle mit mindestens einer Mehrfachverbindung in einem Anschlussgehäuse. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hochvoltschnittstelle.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2019 207 438 A1 ist ein elektrisch unterstützter Turbolader mit einem Verdichtergehäuse, einem an das Verdichtergehäuse anschließenden Statorpaket eines mit dem Turbolader gekoppelten Elektromotors und einem an das Statorpaket anschließenden Elektronikgehäuse des Elektromotors bekannt. Aus der europäischen Patentanschrift
EP 3 641 068 B1 ist ein Steckverbinder mit einem Anschlussstecker und einer Anschlussbuchse bekannt, die ein ringförmiges Buchsenteil und einen zumindest teilweise in Inneren des ringförmigen Buchsenteils angeordneten Lamellenkorb umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochvoltschnittstelle mit mindestens einer Mehrfachverbindung in einem Anschlussgehäuse herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Hochvoltschnittstelle mit mindestens einer Mehrfachverbindung in einem Anschlussgehäuse dadurch gelöst, dass das Anschlussgehäuse an einer ersten Anschlussseite einen Sammelanschlusskörper mit mindestens einem Hochvoltdurchgang für eine Hochvoltverbindung und mit mindestens einem Signaldurchgang für eine Signalverbindung umfasst, wobei der Sammelanschlusskörper einen gemeinsamen Gehäusedurchgang umfasst, durch den sich der Hochvoltdurchgang und der Signaldurchgang hindurch erstrecken, wobei der gemeinsame Gehäusedurchgang von einer Sammeldichtung umgeben ist. Der Sammelanschlusskörper ist vorzugsweise als Sammelausleger ausgeführt und hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. An dem Sammelanschlusskörper sind vorzugsweise drei Hochvoltanschlussstellen vorgesehen. Eine Signalleitung ist zum Beispiel aus einem freien Ende des Sammelanschlusskörpers herausgeführt. Alle Leitungen, das heißt alle Hochvoltleitungen und alle Signalleitungen erstrecken sich durch den gemeinsamen Gehäusedurchgang. Als Hochvoltschnittstelle werden elektrische Verbindungen bezeichnet, die mit Wechselspannungen über dreißig Volt bis eintausend Volt oder mit Gleichspannungen über sechzig Volt bis eintausendfünfhundert Volt betrieben werden. Hier sind hohe Sicherheitsanforderungen, insbesondere im Hinblick auf einen Berührschutz, sicherzustellen. Durch die beanspruchte Ausführung der Hochvoltschnittstelle kann der Bauraumbedarf signifikant reduziert werden, weil auf der ersten Anschlussseite nur eine Dichtstelle mit der Sammeldichtung benötigt wird. Dadurch vereinfacht sich die Gehäusegeometrie des Anschlussgehäuses. Die Hochvoltanschlussstellen auf der ersten Anschlussseite sind an dem Sammelanschlusskörper vorteilhaft mit jeweils einer Mutter kombiniert. So können die Hochvoltanschlüsse kostengünstig montiert werden, da sie nur geschraubt werden müssen. An einem freien Ende der Sensorleitung auf der ersten Anschlussseite ist vorteilhaft ein geeigneter Stecker angebracht. Die Sammeldichtung ermöglicht besonders vorteilhaft eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Anschlussgehäuse und einem weiteren Gehäuse, in welches das Anschlussgehäuse eingebaut oder an welches das Anschlussgehäuse angebaut wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei Stromschienen und mindestens eine Signalleitung durch den gemeinsamen Gehäusedurchgang hindurch erstrecken. Durch den gemeinsamen Gehäusedurchgang erstrecken sich vorzugsweise drei Stromschienen zur Darstellung von drei Hochvoltverbindungen und einer Signalleitung, die vorzugsweise als Sensorleitung, insbesondere als Temperatursensorleitung, ausgeführt ist. Die Stromschienen und die Signalleitung sind vorteilhaft mit einem isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt. Bei dem isolierenden Kunststoffmaterial handelt es sich vorzugsweise um das gleiche Material, aus dem auch das Anschlussgehäuse der Hochvoltschnittstelle gebildet ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Isolierung der Leitungen relativ zueinander in dem Gehäusedurchgang ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse an der ersten Anschlussseite mindestens zwei Hochvoltanschlussstellen aufweist. Die Hochvoltanschlussstellen können als Steckverbindungen ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft sind die Hochvoltanschlussstellen mit einer Mutter ausgestattet, die zum Beispiel im Bereich eines Durchgangslochs an einem Stromschienenendabschnitt angebracht ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein stabiles Befestigen einer Hochvoltleitung mit Hilfe einer Schraube an der jeweiligen Stromschiene ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse an einer zweiten Anschlussseite einen Signalanschlusskörper mit einer Signaldichtungsausnehmung zur Aufnahme einer Signaldichtung aufweist. So kann die mindestens eine Signalleitung auf der zweiten Anschlussseite besonders vorteilhaft mit einer geeigneten Dichtmasse abgedichtet werden. Dadurch wird die Abdichtung des Anschlussgehäuses auf der zweiten Anschlussseite erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse an der zweiten Anschlussseite mindestens zwei Hochvoltanschlusskörper mit jeweils einer Hochvoltdichtungsausnehmung zur Aufnahme einer Hochvoltdichtung aufweist. Die Hochvoltdichtungen sind besonders vorteilhaft auch aus der vorab beschriebenen Dichtmasse gebildet. Die Dichtmasse wird beim Vergießen des Stators zum Beispiel in die jeweilige Hochvoltdichtungsausnehmung und in die Signaldichtungsausnehmung gedrückt und somit vorgespannt. Dadurch wird die Herstellung, insbesondere das Abdichten, der Hochvoltschnittstelle auf der zweiten Anschlussseite erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Signaldichtungsausnehmung und die Hochvoltdichtungsausnehmung mit einer Dichtmasse ausgefüllt und mit einer Vergussmasse vorgespannt sind, mit der ein an die Hochvoltschnittstelle angeschlossener Stator vergossen oder umspritzt ist und die zur Darstellung der Signaldichtung und der Hochvoltdichtung dient. Dadurch wird die Abdichtung auf der zweiten Anschlussseite der Hochvoltschnittstelle erheblich vereinfacht. Die Hochvoltverbindung umfasst vorteilhaft drei Hochanschlussstellen auf der ersten Anschlussseite und drei Hochanschlussstellen auf der zweiten Anschlussseite zur Stromversorgung des Stators.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeldichtung als Ringdichtung mit einem Ringkörper ausgeführt ist, der den gemeinsamen Gehäusedurchgang dichtend umgreift und der radial außen mit einem Dichtprofil versehen ist. Die Sammeldichtung ist vorzugsweise aus einem geeigneten Dichtungsmaterial gebildet. Bei der Sammeldichtung kann es sich um ein separates Dichtelement handeln, das einfach an den Sammelanschlusskörper montiert werden kann. Je nach Ausführung kann die Sammeldichtung auch in einem geeigneten Spritzgusswerkzeug an den Sammelanschlusskörper angespritzt werden. Die als Ringdichtung ausgeführte Sammeldichtung ermöglicht insbesondere ein luftdichtes Abdichten der Hochvoltschnittstelle auf der ersten Anschlussseite.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Hochvoltschnittstelle ist die oben angegebene Aufgabe unter anderem dadurch gelöst, dass drei Stromschienen mit einer Sensorleitung in einem einzigen Ausleger zusammengefasst und mit einem isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt werden. Dadurch wird der notwendige Bauraum für die Hochvoltschnittstelle auf das Mindeste komprimiert. Insbesondere wird auf der ersten Anschlussseite nur eine Öffnung in dem Anschlussgehäuse benötigt, die dann nur mit der einzigen Sammeldichtung abgedichtet wird.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Anschlussgehäuse und/oder eine Sammeldichtung für eine vorab beschriebene Hochvoltschnittstelle. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems, mit einer vorab beschriebenen Hochvoltschnittstelle. Dadurch wird das Anschließen einer Hochvoltelektronik, insbesondere eines Inverters, an den Stator der elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung erheblich vereinfacht. Der Inverter kann in die Luftzuführvorrichtung integriert sein oder an diese angebaut sein. Bei dem Inverter kann es sich aber auch um ein extern zu der elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung ausgeführtes Bauteil handeln, das über die vorab beschriebene Hochvoltschnittstelle an den Stator in der Luftzuführvorrichtung angeschlossen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Hochvoltschnittstelle mit einem Anschlussgehäuse, das zum Teil transparent dargestellt ist, um drei Hochvoltverbindungen und eine Signalverbindung, die sich durch das Anschlussgehäuse hindurch erstrecken, sichtbar zu machen;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Luftzuführvorrichtung mit einem Anschlussgehäuse, wie es in 1 dargestellt ist; und die
- 3 und 4 ähnliche Darstellungen wie in 1 aus unterschiedlichen Perspektiven.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 2 ist eine Luftzuführvorrichtung 1 perspektivisch dargestellt. Die Luftzuführvorrichtung 1 wird auch als Luftverdichter bezeichnet und dient in einem mobilen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft. Das mobile Brennstoffzellensystem wiederum dient in einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Energie, die zum Beispiel über einen Elektromotor in Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug umgewandelt wird.
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Die Luftzuführvorrichtung 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Luftanschluss 3, über den Luft zugeführt wird, und mit einem Luftanschluss 4, über den verdichtete Luft abgeführt wird. Zum Verdichten der Luft umfasst die Luftzuführvorrichtung 1 zum Beispiel ein Verdichterrad, das innerhalb einer Verdichtervolute drehbar ist.
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Der Antrieb des Verdichterrads erfolgt, gegebenenfalls mit Unterstützung durch ein Turbinenrad, durch einen Elektromotor, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist.
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Der Stator des Elektromotors umfasst eine Stromanschlusseinrichtung 5, über welche dem Stator Wechselstrom in drei Phasen zugeführt wird. Die Stromanschlusseinrichtung 5 ist über eine Verbindungseinrichtung, die drei längliche Kontaktteile 7, 8, 9 umfasst, mit einer Steueranschlusseinrichtung 6 verbunden.
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Die Steueranschlusseinrichtung 6 ist zum Beispiel mit einem Kabelabgang kombiniert, der, wie durch drei angedeutete abgehende Kabel angedeutet ist, an einen separat angeordneten und in 2 nicht dargestellten Inverter angeschlossen ist. Der Inverter kann aber auch in das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung 1 integriert sein.
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In den 1 und 3, 4 ist eine Hochvoltschnittstelle 10 mit drei Hochvoltverbindungen 11, 12, 13 in verschiedenen Perspektiven und teilweise transparent dargestellt. Die drei Hochvoltverbindungen 11 bis 13 sind in einer Mehrfachverbindung 14 mit einer Signalverbindung 15 kombiniert, die sich zusammen mit den Hochvoltverbindungen 11 bis 13 von einer ersten Anschlussseite 21 zu einer zweiten Anschlussseite 22 eines Anschlussgehäuses 20 mit der Hochvoltschnittstelle 10 erstreckt.
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Die Hochvoltverbindungen 11 bis 13 umfassen jeweils eine Stromschiene 17, 18, 19. Auf der ersten Anschlussseite 21 des Anschlussgehäuses 20 sind an einem Sammelanschlusskörper 30 drei Hochvoltanschlussstellen 23, 24, 25 vorgesehen. An den Hochvoltanschlussstellen 23, 24, 25 ist jeweils eine Mutter an einem freien Ende der jeweiligen Stromschiene 17, 18, 19 auf der ersten Anschlussseite 21 angebracht.
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Die Stromschienen 17, 18, 19 erstrecken sich zusammen mit einer Signalleitung 16 durch den Sammelanschlusskörper 30. Der Sammelanschlusskörper 30 ist aus einem isolierenden Kunststoffmaterial 60 gebildet, aus dem das Anschlussgehäuse 20 gebildet ist. Die Stromschienen 17 bis 19 und die Signalleitung 16 sind in dem Anschlussgehäuse 20 mit dem isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt, um die Stromschienen 17 bis 19 relativ zueinander und relativ zu der Signalleitung 16 ausreichend elektrisch zu isolieren.
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Der Sammelanschlusskörper 30 ist als Ausleger 59 des Anschlussgehäuses 20 ausgeführt und begrenzt einen gemeinsamen Gehäusedurchgang 34, durch den sich drei Hochvoltdurchgänge 31, 32, 33 mit den die drei Stromschienen 17 bis 19 und ein Signaldurchgang 35 mit der Signalleitung 16 hindurch erstrecken. Außen an dem gemeinsamen Gehäusedurchgang 34 ist eine Sammeldichtung 38 angeordnet, die den gemeinsamen Gehäusedurchgang 34 an dem Anschlussgehäuse 20 dichtend umgibt.
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Radial außen weist die Sammeldichtung 38 ein im Querschnitt wellenförmiges Dichtprofil 37 auf. Mit dem Dichtprofil 37 wird eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Sammelanschlusskörper 30 des Anschlussgehäuses 20 und einem Gehäusedurchgang eines weiteren Gehäuses auf der ersten Anschlussseite 21 ermöglicht.
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Auf der zweiten Anschlussseite 22 weist das Anschlussgehäuse 20 der Hochvoltschnittstelle 10 einen Signalanschlusskörper 40 auf, an dem oder in dem eine Sensorleitung 58 an die Signalleitung 16 angeschlossen ist. An freien Enden der Sensorleitung 58 sind zum Beispiel Temperatursensoren 57 angebracht.
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Der Signalanschlusskörper 40 umfasst auf der zweiten Anschlussseite 22 eine Signaldichtungsausnehmung 39. Die Signaldichtungsausnehmung 39 wird zum Abdichten mit einer Dichtmasse 55 ausgefüllt. Die Dichtmasse wird in der Signaldichtungsausnehmung mit einer Vergussmasse vorgespannt, mit der auch ein in 3 nur durch ein Bezugszeichen angedeuteter Stator 56 vergossen oder umspritzt wird. Die Vergussmasse ist nicht dargestellt.
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Das Anschlussgehäuse 20 umfasst auf der zweiten Anschlussseite 22 zusätzlich zu dem Signalanschlusskörper 40 drei Hochvoltanschlusskörper 41, 42, 43. Die Hochvoltanschlusskörper 41 bis 43 sind mit jeweils einer Hochvoltdichtungsausnehmung 47, 48, 49 ausgestattet, die, wie im Hinblick auf die Signaldichtung 45 vorab beschrieben ist, zur Darstellung von Hochvoltdichtungen 51, 52, 53 dienen. Die Hochvoltdichtungen 51 bis 53 werden vorteilhaft mit der gleichen Dichtmasse wie die Signaldichtung 45 dargestellt und zusammen mit der Signaldichtung 45 durch die Vergussmasse vorgespannt, wenn der Stator 56 mit der Vergussmasse umspritzt oder vergossen wird.
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Die Signaldichtungsausnehmung 39 und die Hochvoltdichtungsausnehmungen 47 bis 49 sind als Vertiefungen in dem Signalanschlusskörper 40 und den Hochvoltanschlusskörpern 41, 42, 43 ausgeführt. In diese Vertiefungen wird ein Dichtstoff, zum Beispiel eine auf einem Silikonmaterial basierende Dichtmasse, eingespritzt.
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Diese Dichtmasse wird beim Vergießen des Stators 56 mit der Vergussmasse, zum Beispiel in einem Transfermouldingverfahren, vorgespannt. Bei diesem Verfahren wird die Vergussmasse mit zum Beispiel sechzig Bar Druck eingespritzt. Dabei werden die Signaldichtung 45 und die Hochvoltdichtungen 51 bis 53 in gewünschter Art und Weise komprimiert, wobei auch eine gewünschte Vorspannung zwischen der Kunststoffumspritzung, aus dem das Anschlussgehäuse 20 gebildet ist, und den Stromschienen 17 bis 19 beziehungsweise Signalpins der Signalleitung 16 eingestellt wird. Besonders vorteilhaft werden die nachgespritzten Dichtelemente in der Signaldichtungsausnehmung 39 und in den Hochvoltdichtungsausnehmungen 47 bis 49 beim Statorverguss durch den Vergussdruck vorgespannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019207438 A1 [0002]
- EP 3641068 B1 [0002]
