DE19715824A1 - Vorrichtung zur Leitung von Strömen - Google Patents

Description

Zur Leitung von Strömen werden üblicherweise Isolierkabel (Rundkabel) ver­ wendet, bei denen der stromleitende (Kupfer-)Draht (die "Seele" oder Litze) mittels einer (PVC-)Kunststoffhülle ummantelt ist. Zur Leitung von Strömen mit hoher Stromstärke (hierunter versteht man Stromstärken von 20 A bis zu mehreren 100 A, die bsp. bei der Ansteuerung von Elektroantrieben für Fahrzeuge auftreten) muß der stromleitende Kupferdraht mehrfach um­ mantelt werden.

Nachteilig hierbei ist, daß

• - die Isolierkabel zur elektrischen Verbindung bzw. Kontaktierung mit Bau­ elementen, Baugruppen, Gehäuseteilen, Gehäusen o. ä. konfektioniert werden müssen (Abisolieren der Kunststoffhülle, Ausbildung der Kontakt­ stellen etc.),
• - zur Fixierung und zur Befestigung der (flexiblen) Isolierkabel separate Be­ festigungselemente (bsp. Kabelbinder) erforderlich sind (Isolierkabel müs­ sen beim überschreiten einer bestimmten Länge befestigt werden, um ein Durchhängen zu vermeiden),
• - aufgrund der Bildung großer Leiterschleifen hohe Induktivitäten auftre­ ten, die die Leitungseigenschaften negativ beeinflussen,
• - durch die starre Führung der Isolierkabel die geometrische Anordnung stark eingeschränkt ist bzw. nicht beliebig gewählt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Vorrichtung zur Leitung von Strömen mit einfachem Aufbau anzugeben, bei der diese Nach­ teile vermieden werden und die vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf die Stromleitung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der vorgestellten Vorrichtung zur Leitung von Strömen ist zur Stromfüh­ rung ein metallischer Trägerkörper vorgesehen, der von einer Isolations­ schicht umspritzt ist (bsp. mittels Spritzguß-Technik von einem Kunststoff­ material umspritzt). Der Trägerkörper kann je nach den Erfordernissen der Stromleitung beliebig ausgestaltet werden, bsp. bei einem mittels gestanz­ tem Metallblech realisierten Trägerkörper durch Anwendung der Stanz-Bie­ ge-Technik geformt werden; bsp. kann die Geometrie oder die Kontur des Trägerkörpers (bsp. die Anzahl der für die Stromführung vorgesehenen Lei­ tungsebenen) abhängig von den räumlichen Umgebungsbedingungen ge­ wählt werden oder die Dicke (der Querschnitt) und die Fläche des Tragerkör­ pers abhängig von den auftretenden Stromstärken vorgegeben werden. Hierdurch kann (insbesondere für die Leitung von Strömen mit hoher Stromstärke) die erforderliche Stromtragfähigkeit (Strombelastbarkeit) ge­ währleistet werden. Der Trägerkörper kann (bsp. im Randbereich) mittels Halteelementen (bsp. Verbindungsstegen) fixiert werden, die nach dem Um­ spritzen des Trägerkörpers mit der Isolationsschicht wieder entfernt wer­ den. Der Trägerkörper kann (bsp. im Randbereich) Kontaktbereiche und/oder Kontaktelemente aufweisen (bsp. Gabelkontakte), so daß die Vorrich­ tung auf einfache Weise mit vorgeschalteten oder nachgeschalteten Kom­ ponenten (Bauelementen, Baugruppen, Gehäuseteilen, Gehäusen o. ä.) elek­ trisch kontaktiert werden kann.

Durch die Isolationsschicht (Umhüllung) wird einerseits eine elektrische Isola­ tion zwischen verschiedenen Teilen (bsp. verschiedenen Leitungsebenen) ei­ nes stromführenden Trägerkörpers oder zwischen unterschiedlichen Träger­ körpern mit einem definierten (bsp. gleichmäßigen) Abstand sichergestellt und andererseits die mechanische Stabilität der (gesamten) Vorrichtung ge­ währleistet. Die Isolationsschicht (bsp. die Dicke und das Material) kann je nach den Erfordernissen der Stromleitung (räumliche Umgebungsbedingun­ gen, auftretende Stromstärken, erforderliche Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit etc.) gewählt werden.

Die Isolationsschicht kann mindestens ein Verbindungselement zur Verbin­ dung der Vorrichtung mit vorgeschalteten oder nachgeschalteten Kompo­ nenten (Gehäusen, Gehäuseteilen o. ä.) aufweisen (bsp. Schnapphaken), wo­ bei das/die Verbindungselement/e bsp. in die Isolationsschicht integriert werden kann/können, bsp. durch Einbringen in die Spritzgußform vor dem Umspritzen des Trägerkörpers; hierdurch wird eine Verbindung und/oder Befestigung der gesamten Vorrichtung ohne externe Befestigungselemente ermöglicht. Denkbar ist es auch, die Isolationsschicht mit einem vorgesehe­ nen Gehäuse oder Gehäuseteil als Einheit (einheitliches Gehäuse) auszubil­ den, wobei dieses "Komplettgehäuse" in einem einzigen Arbeitsschritt reali­ siert werden kann, bsp. durch Ausbildung einer aus Kunststoff bestehenden Isolationsschicht und eines Kunststoff-Gehäuses/Gehäuseteils in einem Kunststoff-Spritzvorgang.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung vereinigt mehrere Vorteile in sich:

• - der stromführende Trägerkörper und damit die Vorrichtung ist als kom­ pakte Einheit realisierbar, verbunden mit einer hohen mechanische Stabi­ lität und einer hohen Zuverlässigkeit, insbesondere bei der Leitung von Strömen mit hoher Stromstärke,
• - durch die Umspritzung des stromführenden Trägerkörpers kann dieser großflächig (mit großem Querschnitt) ausgebildet werden und damit die Vorrichtung insbesondere zur Leitung von Strömen mit hoher Stromstär­ ke verwendet werden,
• - die Gestaltung der Geometrie des Trägerkörpers und damit der Vorrich­ tung (Leitungsebenen etc.) ist auch für große Leitungslängen und Flächen frei wählbar
• - bei der Integration von Kontaktelementen und/oder Befestigungsele­ menten in die Vorrichtung werden keine externen (zusätzlichen) Kontakt­ elemente bzw. Befestigungselemente benötigt,
• - sie kann auf einfache Weise mit geringen Gesamtkosten gefertigt wer­ den.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zu­ sammenhang mit der Zeichnung weiter erläutert - einer Vorrichtung zur Lei­ tung von Strömen mit hoher Stromstärke am Beispiel der Leiterverschie­ nung (Phasenverschienung) für den Elektroantrieb eines Kraftfahrzeugs.

Hierbei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Leiterverschienung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Leiterverschienung.

Bei Elektroantrieben von Elektrofahrzeugen wird die Elektromotoreinheit von einer Steuerelektronikeinheit (Leistungselektronikeinheit) mit einem bestimmten Steuerstrom angesteuert (dieser liegt üblicherweise im Bereich von 100 A). Zur elektrischen Verbindung der Steuerelektronikeinheit mit zwei (dreiphasigen) Elektromotoren der Elektromotoreinheit ist als isoliertes Verbindungselement eine als Leiterverschienung (Phasenverschienung zur Leitung der drei Phasen R, S, T des Drehstroms) ausgebildete Vorrichtung vorgesehen.

Als Ausgangspunkt für den stromführenden metallischen Trägerkörper 1 ist bsp. ein planares Kupferblech vorgesehen (bsp. mit einer Dicke von 1 mm, einer Länge von 255 mm und einer Breite von 155 mm); dieses massive Kup­ ferblech wird strukturiert, indem die gewünschte Kontur (äußere Form) des Trägerkörpers 1 ausgestanzt wird (mittels handelsüblicher Werkzeuge für die Stanztechnik). Die Leitung des Steuerstroms wird durch die Planarität des Trägerkörpers 1 in nur einer Leitungsebene vorgenommen; die Kontur (äußere Form) des Trägerkörpers 1 wird so strukturiert, daß drei stromfüh­ rende Strombahnen 11, 12, 13 (bsp. jeweils mit einer Breite von 10 mm) aus­ gebildet werden (für jede Phase R bzw. S bzw. T des Drehstroms ist eine derartige Strombahn 11 bzw. 12 bzw. 13 vorgesehen). Im Randbereich des Trägerkörpers 1 sind (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellte) Halteelemente (bsp. Verbindungsstege) zur Fixierung und Stabilisierung des Trägerkörpers 1 vorgesehen.

Durch Biegen des Trägerkörpers 1 werden Kontaktbereiche für Anschlußkon­ takte gebildet, insbesondere die drei Phasenanschlüsse 14 zur Steuerelektro­ nikeinheit (für jede Phase R, S, T des Drehstroms jeweils ein Phasenanschluß 14), die drei Phasenanschlüsse 15 zum ersten Elektromotor (für jede Phase R, S, T des Drehstroms jeweils ein Phasenanschluß 15) und die drei Phasenan­ schlüsse 16 zum zweiten Elektromotor (für jede Phase R, S, T des Drehstroms jeweils ein Phasenanschluß 16); das Biegen des Trägerkörpers 1 kann mittels handelsüblicher Werkzeuge für Falz- und Biegetechnik bewerkstelligt wer­ den.

Der geformte Trägerkörper 1 wird nun von einer Isolationsschicht 2 um­ spritzt, bsp. von einem Kunststoff (bsp. Polybutylenterphthalat, PBT), die bsp. eine hohe Schwingungsbelastbarkeit und Isolationsfestigkeit gewährlei­ stet; bsp. kann hierdurch mit einer 1,6 mm dicken Isolationsschicht 2 eine Isolationsfestigkeit von 28 kV erzielt werden. Das Umspritzen der Isolations­ schicht 2 kann bsp. durch Spritzgußtechnik mittels handelsüblicher Spritz­ guß-Werkzeuge vorgenommen werden.

Nach dem Umspritzen des Trägerkörpers 1 werden die Halteelemente (Ver­ bindungsstege) entfernt (bsp. durch Abschneiden) und die Kontaktelemente (Phasenanschlüsse 14, 15, 16) mit den korrespondierenden Anschlüssen der Leistungselektronikeinheit bzw. der beiden Elektromotoren bsp. durch Lö­ ten oder Schweißen elektrisch verbunden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Leitung von Strömen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein metallischer stromführender Trägerkörper (1) in mindestens ei­ ner Leitungsebene angeordnet ist,
• - und daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) von einer Isola­ tionsschicht (2) umspritzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der metalli­ sche stromführende Trägerkörper (1) aus Kupfer besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) als Stanzteil ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) von einer Isolations­ schicht (2) aus Kunststoff umspritzt ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) in mindestens zwei Lei­ tungsebenen angeordnet ist, die durch die Isolationsschicht (2) voneinander getrennt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) Kontaktelemente (14, 15, 16) zur elektrischen Kon­ taktierung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Isolationsschicht (2) Befestigungselemente eingebracht sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Leitung von Strömen mit hoher Stromstärke.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein metallischer stromführender Trägerkörper (1) in die für die Stromleitung gewünschte Form gebracht wird,
• - daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) mittels Halteelemen­ ten fixiert wird,
• - daß der metallische stromführende Trägerkörper (1) von einer Isolations­ schicht (2) umspritzt wird,
• - und daß die Halteelemente entfernt werden.