DE19921310A1 - Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Bei einer elektrischen Vorrichtung mit einem mehrere Adern und einem Kabelmantel umfassenden Kabels, insbesondere einem elektrischen Antrieb für Kraftfahrzeuge ist im Kabel ein zentraler, sich in Kabellängsrichtung erstreckender, von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal (2) angeordnet.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung, insbesondere einen elektri
schen Antrieb für Kraftfahrzeuge mit einem mehrere Adern und eine Kabelhülle
umfassenden Kabel. Bei elektrischen Vorrichtungen, beispielsweise dem Antrieb
für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, werden etwa für die Verbindung zwischen
der Stromversorgung und dem Motor Kabel mit Querschnitten von mehr als
50 mm2 eingesetzt, um den erforderlichen hohen Stromfluss zu gewährleisten.
Kabel mit solchen Querschnitten tragen erheblich zum Gewicht eines Fahrzeuges
bei. Ein weiteres Problem, das nicht nur bei den genannten Fahrzeugen auftritt, ist
die thermische Belastung. Von hohen Strömen durchflossene Leistungskabel er
hitzen sich naturgemäß, was zu einer thermischen Belastung der gesamten Vor
richtung führt.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Vorrichtung,
insbesondere einen elektrischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, bei
der die genannten Nachteile umgangen sind.
Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass in einem Leistungska
bel ein zentraler, sich in Kabellängsrichtung erstreckender und von einem Kühl
medium durchströmbarer Kühlkanal angeordnet ist. Die in den Kabeln entstehen
de Wärme kann daher zum großen Teil abgeführt und dadurch die thermische
Belastung der gesamten Vorrichtung verringert werden. Ein weiterer Vorteil be
steht darin, dass aufgrund der Innenkühlung des Kabels der wirksame Kabelquer
schnitt verkleinert und damit das Gewicht des Kabels verringert werden kann. Die
Kühlung verringert auch den elektrischen Widerstand des Kabels, so dass die wi
derstandsbedingte Wärmeentwicklung praktisch mit der eines Kabels üblichen
Querschnittes vergleichbar ist.
Bei einem Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges ist es
vorteilhaft, wenn der sich in einem Kabel befindliche Kühlkanal Teil eines ohnehin
vorhandenen Kühlkreislaufes ist. Aufgrund der Doppelfunktion der Leistungskabel,
nämlich Stromleitung und Weiterleitung des Kühlmediums, kann somit zumindest
ein Teil der für den Kühlkreislauf erforderlichen Leitungen eingespart werden.
Der Kühlkanal kann allein durch eine - im Querschnitt gesehen - ringförmige An
ordnung der Adern gebildet sein. Die Abdichtung nach außen erfolgt dabei durch
die Kabelhülle. Eine solche Ausgestaltung erfordert allerdings ein elektrisch nicht
leitendes Kühlmedium, beispielsweise Öl. Im Falle elektrisch leitender Kühlmedien
ist der Kühlkanal von einem wärmedurchlässigen Rohr oder einem Schlauch ge
bildet. Eine solche Kühlmedium-Leitung muss aufgrund ihrer geschützten Anord
nung innerhalb des Kabels nicht die hohe mechanische Stabilität aufweisen, wie
eine frei verlegte Kühlmedium-Leitung.
Bei Vorrichtungen der in Rede stehenden Art tritt eine thermische Belastung auch
an den Kontaktstellen auf, also etwa an der Verbindungsstelle zwischen Kabel
und Elektromotor. Um zumindest einen Teil der dort entstehenden Wärme abzu
führen, ist es zweckmäßig, den Kühlkanal in unmittelbarer Nähe zum Kontaktbe
reich seitlich oder stirnseitig aus dem Kabel herauszuführen. Eine weitergehende
Kühlung kann dadurch erreicht werden, dass ein Flächenbereich der Kontaktstelle
mit einer Kühlfläche in Wärmekontakt steht, die von einer Wand einer an den
Kühlkanal angeschlossenen und von Kühlmedium durchströmbaren Kammer ge
bildet ist. Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung einer Kontaktstelle besteht darin,
dass diese von einem Hohlraum durchsetzt ist, der mit dem Kühlkanal in Verbin
dung steht. Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass
am Kabelende ein hülsenförmiges Kontaktelement fixiert ist, das von einer
Schraube mit Radialabstand durchsetzt ist. Der zwischen Schraube und dem hül
senförmigen Kontaktelement vorhandene Innenraum ist dabei über einen bei
spielsweise radial verlaufenden Verbindungskanal mit dem Kühlkanal des Kabels
verbunden. Eine noch weitergehende Kühlung kann dadurch erreicht werden,
dass auch die Schraube innen hohl ausgebildet ist, nämlich eine sacklochförmige
axial erstreckende Ausnehmung aufweist, die im Bereich der Kontakthülse mit
einer Radialbohrung versehen ist. Über diese Bohrung steht die sacklochförmige
Ausnehmung mit dem Innenraum der Kontakthülse in Verbindung. Die stirnseitige
Öffnung am schraubenkopffernen Ende der Schraube bildet die Verbindung mit
einem Abflusskanal, der in einer mit der Schraube verbundenen Mutter angeord
net ist und in deren Außenseite mündet.
Die Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kabel mit innenliegendem Kühlkanal in teilweise geschnittener
Seitenansicht,
Fig. 2 ein Funktionsschema eines elektrischen Antriebes,
Fig. 3 ein mit einer Kontaktstelle verbundenes Kabelende,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer mit Hilfe einer
Kühlkammer gekühlten Kontaktstelle, und
Fig. 5 eine von einem Hohlraum durchsetzte und von Kühlmedium durchflos
sene Kontaktstelle.
Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Kabel 1 weist einen zentralen Kühlkanal 2 auf,
der von einem Schlauch 3 gebildet ist. Um den Schlauch 3 herum sind Adern 4
angeordnet, die in üblicher Weise gestaltet sind, also eine isolierende Umhüllung
aufweisen und entweder aus einem oder aus mehreren Drähten bestehen. Die
Adern 4 bilden somit im Querschnitt gesehen einen Ring, der außenseitig von ei
ner Kabelhülle 5 umgeben ist.
Fig. 2 zeigt exemplarisch den Aufbau eines Elektroantriebs für ein Kraftfahrzeug.
Ein Elektromotor 6 ist unter Zwischenschaltung eines DC/AC-Wechselrichters 7
an eine Batterie 8 angeschlossen. Die Verbindung von der Batterie 8 zum Wech
selrichter 7 erfolgt über zwei Kabel 1a, 1b. Der Wechselrichter wandelt die Gleich
spannung der Batterie in einen Drehstrom um. Dementsprechend ist der Motor 6
mit dem Wechselrichter über drei Kabel 1c, 1d und 1e verbunden. Sowohl der
Wechselrichter 7 als auch der Motor 6 sind gekühlt. Sie weisen zu diesem Zweck
Leitungsanschlüsse 10a, 10b, 10c, 10d auf. Der Leitungsanschluss 10d, der den
Kühlmittelaustritt des Motors bildet, ist über eine Leitung 9 eingangsseitig mit einer
Pumpe 12 verbunden. Die Pumpe 12 fördert Kühlmedium über eine Leitung 13, in
den Kühlkanal 2a des Kabels 1b. Der Kühlkanal 2a erstreckt sich im Wesentlichen
über die gesamte Länge des Kabels 1b, tritt im Bereich der Batterie 8 seitlich aus
und mündet in eine Verbindungsleitung 14, die ihrerseits wiederum in den Kühlka
nal 2b des Kabels 1a mündet. An seinem anderen Ende ist der Kühlkanal 2b mit
dem Leitungsanschluss 10a des Wechselrichters 7 verbunden. Der mit dem
Kühlmittelausgang 10b des Wechselrichters verbundene Kühlkanal 2c des Ka
bels 1c erstreckt sich bis zum Elektromotor 6. Sein dort angeordnetes Ende ist
über eine Verbindungsleitung 15 mit dem Kühlkanal 2d des Kabels 1d verbunden.
Dessen, dem Wechselrichter 7 naheliegendes Ende schließlich ist über einen
Verbindungskanal 16 mit dem Kühlkanal 2e des Kabels 1e verbunden. Der Kühl
kanal 1c schließlich ist mit dem Leitungsanschluss 10c des Elektromotors 6 ver
bunden. Dem Schema des in Fig. 2 dargestellten elektrischen Antriebs ist zu ent
nehmen, dass durch die Anordnung der Kühlkanäle 2 innerhalb der Kabel 1 ne
ben der Kabelkühlung der weitere Effekt erreicht wird, dass ein Großteil des Kühl
kreislaufes durch die Kabel 1 selbst abgedeckt wird.
Fig. 3 zeigt das Ende 17 eines Kabels 1, das mit einer Kontaktstelle 18 elektrisch
und mechanisch verbunden ist. Mit dem abisolierten Kabelende ist ein Kabel
schuh 19 verbunden, der mit einer Crimphülse 20 am abisolierten Kabelende fi
xiert ist. Der Kabelschuh ist von einem Schraubbolzen 21 durchgriffen und mit
Hilfe einer auf den Schraubbolzen 21 aufgeschraubten Mutter 22 an einem Bau
teil 23 fixiert. Ein Teil der an der Kontaktstelle 18 entstehenden Wärme wird über
den Kontaktschuh zum Kühlkanal 2 geleitet und dort in Strömungsrichtung 24 vom
Kühlmedium abgeführt.
Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung einer Kontaktstelle 18a ist in Fig. 4 schema
tisch gezeigt. Die Kontaktstelle 18a weist einen Flächenbereich 25 auf, der mit
einer Kühlfläche 26 in Wärmekontakt steht. Der Flächenbereich 25 ist beispiels
weise von der Oberseite des Kopfes 27 eines einen Kabelschuh 19 fixierenden
Schraubbolzens 21 gebildet. Die Kühlfläche 26 hingegen ist die Außenseite einer
Wand 28, die Teil einer von Kühlmedium in Strömungsrichtung 24 durchströmten
Kammer 29 ist. Die Kammer 29 weist einen Anschlussstutzen 30 auf, mit dem das
Ende eines seitlich aus einem Kabel 1 herausgeführten Kühlschlauches 3 ver
bunden ist.
Fig. 5 zeigt schließlich eine Kontaktstelle 18b, die von einem elektrisch nicht lei
tenden Kühlmedium durchströmt ist. Das Kabelende ist hier mit einem im Wesent
lichen hülsenförmigen Kontaktelement, nämlich einer Kontakthülse 32 verbunden.
Das abisolierte Kabelende 17a liegt in einer etwa radial von der Kontakthülse 32
abstehenden Fixierhülse 33 ein, die zur Kabelfixierung radial nach innen verdrückt
ist. Weiterhin weist die Kontakthülse 32 einen radial abstehenden und koaxial in
nerhalb der Fixierhülse 33 angeordneten Anschlussstutzen 34 auf, an dem das
Ende des Kühlschlauches 3 fixiert ist. Die Kontakthülse 32 ist von einer Schrau
be 35 durchgriffen, die auch eine Bohrung 36 im Bauteil 23 durchsetzt. Auf dem
unterseits aus dem Bauteil 23 vorstehenden Gewindeschaftbereich der Schrau
be 35 ist eine Mutter 37 aufgeschraubt. Die Schraube 35 weist eine sacklochför
mige Ausnehmung 38 auf, die sich nahezu bis zum Schraubenkopf erstreckt und
die am schraubenfernen Ende mit einer stirnseitigen Öffnung 39 mit einem Ab
flusskanal 40 in Verbindung steht. Der Abflusskanal 40 ist innerhalb der Mutter 37
angeordnet und mündet über einen Anschlussstutzen nach außen. Die Wand 43
der Kontakthülse 32 ist ballig radial nach außen gewölbt, so dass zwischen dem
Schraubenschaft 44 und der Kontakthülse 32 ein Radialabstand bzw. ein Rin
graum 45 vorhanden ist. Dieser steht zum einen über den Anschlussstutzen 34
mit dem Kühlkanal 2 und andererseits über Radialbohrungen 46 mit der Ausneh
mung 38 im Schraubenschaft 44 in Verbindung. Ein in Strömungsrichtung 24
durch die Kontaktstelle 18b gefördertes Kühlmedium führt somit Wärme aus der
Kontakthülse 32, der Schraube 35, dem Bauteil 23 und der Mutter 37 ab. Die Ab
dichtung des Ringraumes 45 erfolgt durch Zwischenlegscheiben 47.
1
Kabel
2
Kühlkanal
3
Schlauch
4
Ader
5
Kabelhülle
6
Elektromotor
7
Wechselrichter
8
Batterie
9
Leitung
10
Leitungsanschluss
12
Pumpe
13
Leitung
14
Verbindungsleitung
15
Verbindungsleitung
16
Verbindungsleitung
17
Ende
18
Kontaktstelle
19
Kabelschuh
20
Crimphülse
21
Schraubbolzen
22
Mutter
23
Bauteil
24
Strömungsrichtung
25
Flächenbereich
26
Kühlfläche
27
Kopf
28
Wand
29
Kammer
30
Anschlussstutzen
32
Kontakthülse
33
Fixierhülse
34
Anschlussstutzen
35
Schraube
36
Bohrung
37
Mutter
38
Ausnehmung
39
Öffnung
40
Abflusskanal
42
Anschlussstutzen
43
Wand
44
Schraubenschaft
45
Ringraum
46
Radialbohrung
47
Zwischenlegscheibe
Claims (10)
1. Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für Kraftfahrzeuge,
mit einem mehrere Adern (4) und eine Kabelhülle (5) umfassenden Kabel (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass im Kabel ein zentraler, sich in Kabellängsrichtung erstreckender, von ei
nem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal (2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkanal (2) von einem wärmedurchlässigen Rohr oder
Schlauch (3) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kabelende (17) mit einem Kontaktbereich (18) elektrisch und me
chanisch verbunden ist, wobei der Kühlkanal (2) in unmittelbarer Nähe zum
Kontaktbereich (18) seitlich oder stirnseitig aus dem Kabel (1) herausgeführt
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktbereich (18a) mit einem Flächenbereich (25) mit einer Kühl
fläche (26) in Wärmekontakt steht, wobei die Kühlfläche (26) von einer
Wand (28) einer an den Kühlkanal (2) angeschlossenen und von Kühlmedium
durchströmbaren Kammer (29) gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktbereich (18b) von einem Hohlraum durchsetzt ist, der mit
dem Kühlkanal (2) in Verbindung steht und von Kühlmedium durchströmbar
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Kabelende (17a) ein etwa hülsenförmiges Kontaktelement, nämlich
eine Kontakthülse (32) fixiert ist, die von einer Schraube (35) mit Radialab
stand durchsetzt ist, wobei der Innenraum der Kontakthülse (32) über einen
etwa radial verlaufenden Verbindungskanal mit dem Kühlkanal (2) des Ka
bels (1) in Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schraube (35) eine sacklochförmige, sich axial erstreckende Aus
nehmung (38) aufweist, die im Bereich der Kontakthülse (32) mit einer Radial
bohrung (47) mit dem Innenraum der Kontakthülse (32) und über eine stirnsei
tige Öffnung (39) mit einem in einer mit der Schraube (35) verbundenen Mut
ter (37) angeordneten und in deren Außenseite mündenden Abflusskanal (40)
verbunden ist.
8. Elektroantrieb, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (6),
einer Stromquelle und einer einen Kühlkreislauf umfassenden, zur Kühlung
beispielsweise des Motors dienenden Kühleinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beispielsweise den Motor (6) mit der Stromquelle verbindenden Lei
stungskabel (1) einen zentralen, sich in Kabellängsrichtung erstreckenden und
von den Adern des Kabel umgebenen Kühlkanal (2) aufweisen, der einen Teil
des Kühlkreislaufes bildet.
9. Antrieb nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkanal von einem wärmedurchlässigen Rohr oder Schlauch (3)
gebildet ist.
10. Antrieb nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kabelenden (17) mit Kontaktbereichen (18) elektrisch und mecha
nisch verbunden sind, die entsprechend den Ansprüchen 3 bis 7 ausgebildet
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19921310A DE19921310A1 (de) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für Kraftfahrzeuge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19921310A DE19921310A1 (de) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für Kraftfahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19921310A1 true DE19921310A1 (de) | 2000-11-09 |
Family
ID=7907460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19921310A Withdrawn DE19921310A1 (de) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | Elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrischer Antrieb für Kraftfahrzeuge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19921310A1 (de) |
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