DE2538744C2

DE2538744C2 - Baueinheit für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE2538744C2
Application number: DE2538744A
Authority: DE
Inventors: Rainer Ing.(grad.) 7056 Weinstadt Klink; Günther Ing.(grad.) 7051 Bittenfeld König
Original assignee: Deutsche Automobil GmbH
Current assignee: Deutsche Automobil GmbH
Priority date: 1975-08-30
Filing date: 1975-08-30
Publication date: 1985-06-05
Also published as: FR2322026A1; IT1066421B; DE2538744A1; GB1540455A; US4153127A; FR2322026B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit für ein batteriegespeistes Elektrofahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Baueinheit dieser Art ist aus der RTZ-A Band 94, 1973, Heft H, Seiten 691 ff bekannt. Diese bekannte Baueinheit ist als eine anstelle des Motors in den Motorraum eines Serienfahrzeuges eingebaute Konsole ausgebildet, auf der eine Anzahl von Schützschaltern, ein in Halbleiterbauweise ausgeführter Gleichstromsteller, eine Anzahl von Dioden und weitere für die Steuerung und Regelung des Fahr- und Bremsbetriebes des Fahrzeuges notwendige Bauelemente befestigt sind. Die von der Fahrbatterie kommenden Versorgungskabel und die von den den Beschleunigungs- oder Bremsvorgang einleitenden Befehlsorganen kommenden Steuerleitungen werden bei der bekannten Baueinheit mit üblichen Kabelschuhen und Schraubverbindungen an die Regelungs- und Steuerelemente der Baueinheit angeschlossen. Dies hat den Nachteil, daß zum Herausnehmen der Baueinheit, etwa zu deren Oberprüfung oder zum Auswechseln eines schadhaften, von außen schwer zugänglichen Bauelementes, zahlreiche Schraubverbindungen gelöst werden müssen, bevor die Konsole aus dem Fahrzeug entfernt werden kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Baueinheit besteht darin, daß die von der Batterie kommenden Versorgungskabel mit ihren Kabelschuhen beim Herausnehmen der Konsole mit der Fahrzeugmasse in Berührung kommen können, was zu Kurzschlüssen führen kann. Außerdem besteht beim erneuten Anschließen der Kabel an die Bauelemente der wieder eingeschobenen Konsole die Gefahr, daß Anschlüsse verwechselt werden, was bei Halbleiterbauelementen, dii gegen eine falsche Polung der Anschlüsse sehr empfindlich sind, leicht zur Zerstörung derselben führen kann. Außerdem besteht beim Anschluß oder beim Abhängen von Bauelementen, die an unübersichtlichen Stellen der Baueinheit angeordnet sind, auch die Gefahr elektrischer Verletzungen, da die für Elektrofahrzeuge benutzten Batteriespannungen heute bereits im 200 Volt Bereich liegen und damit in einer Größen-Ordnung, die zu tödlichen Verletzungen führen kann. Die Wartung und gegebenenfalls Reparatur der bekannten Baueinheit kann daher nur von besonders geschultem Personal vorgenommen werden und ist darüber hinaus arbeitsaufwendig und teuer, so daß sie sich für eine Serienfertigung kaum eignet.

Aus der DE-OS 22 13 639 ist ein Geräteeinschub mit Steckverbindungen bekannt, wobei nach Einbringen des Einschubes in das Gerät eine von außen betätigbare Einzugsvorrichtung ein verschiebbares Steckerteil des Einschubes mit einem im Gerät befindlichen Buchsenteil zum Kontaktieren bringt.

Der DE-OS 19 05 660 ist eine Anordnung von Schrauben in einem Steckeinschub zu entnehmen, die eine Möglichkeit zum Schutz der Schrauben gegen Beschädigung beim Einschieben des Einschubes bietet.

In der DE-PS 9 62 345 ist ein Gestellaufbau für Geräte der Nachrichtentechnik beschrieben, bei welchem die Einschübe an je zwei Führungsbolzen hängen und durch stufenweises Verbinden zuerst der Führungsbolzen.

dann von Führungsstiften und schließlich der Steckverbindungen beim Einschieben die Genauigkeit der Zentrierung der Steckelemente gesteigert wird.

Aus der US-PS 29 17 266 schließlich ist eine Möglichkeit zur leichten und relativ vibrationsfreien Montage von Geräten bekannt, wobei federnde Stifte, die einen dauernden Anpreßdruck erzeugen, vorgesehen sind.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Baueinheit der eingangs genannten Art so /u gestalten, daß sie auch von ungeschultem Personal gefahrlos aus- und eingebaut werden kann und dabei die besonderen Bedingungen des Fahrzeugbetriebes wie Erschütterungen, Gefahr der Verschmutzung usw. erfüllt.

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

Zum Herausnehmen des Einschubes ist es dann nicht erforderlich, daß ein Monteur mit üblicherweise stromführenden Teilen in Berührung kommt, da das Herausziehen des Einschubes bereits zu einsm Lösen sämtlicher elektrischer Verbindungen führt, so daß bei einem anschließenden Trennen elektrischer Verbindungen zwischen Bauelementen der Baueinheit ist jedem Fall gewährleistet ist, daß diese nicht mehr unter Spannung stehen. Eine nachfolgende Überprüfung der einzelnen Bauelemente mittels eines speziellen Diagnosegerätes, wie es heute in der Kraftfahrzeugtechnik üblich ist, um die Wartung von Fahrzeugen zu vereinfachen, kann damit auch von ungeschultem Personal vorbereitet und gegebenenfalls auch durchgeführt werden, was zu einer erheblichen Verbilligung der Wartung führen kann. Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß beim erneuten Einschieben des Einschubes der korrekte Anschluß durch eine eindeutige Zuordnung der komplementären Teile der Steckverbindungen in jedem Falle gewährleistet ist

Durch die hängende Anordnung des Einschubes im Tragrahmen und dessen Verbindung mit dem Fahrzeug Ober Gummipolster ist gegen Erschütterungen wirksam vorgebeugt Durch die Blechabdeckungen werden die sonst freiliegenden Buchsenteile gegen Verschmutzung geschützt Schließlich wird durch die als zusätzliche Führungen ausgebildeten Steckverbindungen zusammen mit den Spannschrauben eine feste mechanische und elektrische Verbindung geschaffen, ohne den Platzbedarf zu erhöhen, da die Spannschrauben innerhalb des vorhandenen Einschubes geführt sind.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines A.uEführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Einschub einer Baueinheit für ein batteriegespeistes E'ektrofahrzeug mit abgeklappter Frontklappe und abgenommener Deckplatte,

F i g. 2 einen Tragrahmen mit Führungen für den Einschub gemäß F i g. 1,

F i g. 3 den Einschub gemäß F i g. 1 von der Steckerseite her gesehen und

Fig.4 Einzelheiten der Befestigung zwischen Einschub und Tragrahmen.

Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Baueinheit umfaßt einen als flachen quaderförmigen Kasten ausgebildeten Einschub 1 zur Aufnahme der Leistungs- und Steuerelektronik eines Elektrofahrzeuges, der in einem an dem Fahrzeug befestigten, in der F i g. 2 dargestellten Tragrahmen 2 in Führungen verschiebbar und in seiner vollständig eingeschobenen Stellung fixierbar angeordnet ist.

Der Einschub 1 weist einen aus üblichen Metallprofilen zusammengeschweißten Rahmen 4 auf, an dem seine, in Einschubrichtung gesehen, hintere Begrenzungswand 5 und seitliche Begrsnzungswände 6 und 7 sowie eine an der vorderen unteren Außenkante in Scharnieren schwenkbare Frontplatte 8 befestigt sind.

An die oberen, seitlichen, längs der Kante des Einsehubs verlaufenden Metallprofile des Metallrahmens 4 sind nach außen über die Seitenwände 6 und 7 hinausragende Hohlprofile 9 und 9' mit quadratischem Querschnitt angeschweißt, die sich über die volle Länge des Einschubs erstrecken. Mit diesen Hohlprofilen 9 und 9' ist der Einschub 1 in parallel zueinander verlaufenden, mit ihren Schenkeln aufeinander zuweisenden U-Profi len 10 und 10' des Tragrahmens 2 verschiebbar geführt, die sich über die volle Länge des Einschubes 1 erstrekken. An der Oberseite der oberen seitlichen Rahmenprofile 11 und W sind, wie in der F i g. 3 dargestellt ist weitere als Winkelschienen 12 and 12' mit kurzen senkrecht zur oberen Rahmenfläche verlaufenden Schenkeln 13 und 13' und weiteren, parallel zur oberen Rahmenfläche verlaufenden, aufeinander zuweisenden Schenkeln 14 und 14' angeschweißt, zwischen denen ei ne Deckplatte 15 des Kastens 1 verschiebbar geführt ist Die Deckplatte 15 ist mittels eines rechtwinklig vom oberen Rand der Frontpiaitc- 8 abgebogenen Randabschnittes 16, der ihre vordere Stirnkante umgreift wenn die Frontplatte nach oben geschwenkt ist in ihrer Lage

is gehalten und kann herausgezogen werden, wenn die Frontplatte 8 nach unten geklappt ist. Die Deckplatte 15 weist eine Anzahl von Lüftungsschlitzen 48 auf, durch die von den teilweise stark wärmeerzeugenden Bauelementen des Einschubs erwärmte Luft entweichen und durch Konvektion eine Kühlung dieser Bauelemente stattfinden kann.

Wenn der Einschub 1 aus dem Tragrahmen 2 herausgezogen ist die Frontplatte 8 nach unten geklappt und die Deckplatte 15 herausgezogen ist ist der Innenraum des Einschubes, in dem die zur Stromversorgung des Antriebsmotors und zur Steuerung des Betriebszustandes desselben verwendeten Bauelemente wie Thyristoren, Leistungsdioden, Nebenwiderstand, Schütze, Sicherungen, Schaltelemente, Anker- und Feldsteuerungs- glieder, Anfahrwiderstand, Regelungseinrichtungen und dgl. enthalten sind, von vorn und von oben her bequem zugänglich.

Der Innenraum ist durch eine parallel zu den Seitenwänden 6 und 7 verlaufende, aus einem isolierenden Material wie Pertinax bestehende Zwischenwand 17 in einen schmäleren Bauraum 18, in dem die stark wärmeerzeugenden Teile der eine Anzahl von Leistungsdioden mit Kühlkörpern 19 und einen .Anfahrwiderstand 20 umfassenden Leistungselektronik untergebracht sind, und einen den größeren Teil des Einschubes 1 umfassenden weiteren Bauraum 21 unterteilt, in dem die weniger wärmeerzeugenden Bauelemente wie Schütze 22, Sicherungen, Meßglieder und die Schwachstromelektronik zur Steuerung und Regelung der Leistungs- elektronik untergebracht sind.

Dieser Bauraum ist nach unten durch eine beispielsweise als Holzfaserplatte ausgebildete Bodenplatte 23 abgeschlossen, an der die verschiedenen Bauelemente mittels in die Bodenplatte eingeschlagener Schlagmut tern und von oben einschraubbarer Schrauben befestigt sind. Die Bodenplatte und die Zwischenwand sind so dimensioniert, daß sie zusammen mit den an ihnen befestigten Bauelementen in den Rahmen des Einschubes 1 eingefügt und an diesem befestigt werden können.

Die in der Regelungseinheit verwendeten Bauelemente sind auf als »Europakarten« bezeichneten Leiterplatten oder Steckkarten 24 aufgesteckt und verlötet. Die Steckkarten sind in zugehörigen Buchsenleisten mit Kartenführungen 25 eingeschoben, die an einem geson denen Leichtmetallrahmen 26 befestigt sind, an dem auch eine Sicherungsplatte 27 befestigt ist. Dieser Leichtmetallrahmen ist im vorderen, von den wärmeerzeugenden Elementen 19 und 20 am weitesten entfernter Teil des größeren Bauraums 21 unmittelbar hinter der Frontplatte 8 angeordnet. Innerhalb dieses Rahmens sind die Steckkarten parallel zueinander in senkrecht zur Frontplatte 8 und zur Bodenplatte 23 verlaufenden Ebenen angeordnet, so daß sie, nach Abklappen

der Frontplatte 8, auch dann zugänglich sind, wenn der Einschub in den Tragrahmen 2 eingeschoben bleibt. Jede der Steckkarten 24 ist mit an ihrer der Frontplatte zugewandten Stirnseite mit einem Diagnosestecker 28 versehen, so daß eine Überprüfung der Steckkarte auch bei eingeschobenem Einschub möglich ist. Ebenso sind die Sicherungen und entsprechende Kontrollampen für die Regelungseinheit an deren der Frontplatte 8 zugewandten Seite angeordnet.

Die elektrischen Leitungen, mit denen die in dem Einschub 1 enthaltenen Bauelemente an die Versorgungsbatterie anschließbar sind, sind mit in den Einschub hineinragenden Anschlußfahnen von an der hinteren Begrenzungswand 5 des Einschubes 1 angeordneten Stiftkontakten 29 von Steckverbindungen verbunden, deren komplementäre Buchsen 30 in korrespondierender Anordnung an dem Tragrahmen 2 befestigt sind, derart, daß die Achsen der von der Außenseite der Begrenzungswand 5 senkrecht abstehenden Kontaktstifte 29 und die Achsen der Kontaktbuchsen 30 miteinander fluchtend ausgerichtet sind und parallel zu den Führungen 9 und 10 verlaufen, wenn der Einschub mit seinen Führungsprofilen 9 und 9' in die U-Profile 10 und 10' des Tragrahmens 2 eingeschoben ist.

Die Buchsen 30 sind in eine dicke Kunststoffplatte 31 eingelassen und in dieser so angeordnet, daß ihre öffnungen in der dem Einschub 1 zugewandten vorderen Ebene der Kunststoffplatte 31 liegen. Die Platte 31 ihrerseits ist an einem rechteckigen Rahmenteil 32 des Tragrahmens 2 befestigt, das an seinen beiden oberen Ecken mit den hinteren Endabschnitten der U-Profilschienen 10 und 10' des Tragrahmens verschweißt ist. An ihrem dem Einschub zugewandten vorderen Ende sind die beiden U-Profilschienen 10 und 10' zur stabilen Fixierung ihres Abstandes mit einer Querstrebe 35 verbunden, die an den oberen Schenkeln der U-Profilschienen 10 und 10' angeschweißt ist.

An den jeweils unteren Schenkeln der U-Profilschienen 10 und 10' sind je zwei Gummipuffer 36 in einem Abstand voneinander montiert, die sich auf an dem Fahrzeug angebrachten Aufhängungen abstützen. Hierdurch ist gewährleistet, daß harte Stöße abgedämpft werden. Um die Kabelbefestigungen an den rückwärtigen, dem Einschub 1 abgewandten Buchsenteilen vor Schmutz zu schützen, ist die dem Einschub zugewandte Seite des rechteckigen Rahmenteiis 32 über die ganze Breite mit PVC-Platten 37 abgedeckt, so daß nur die Buchsenöffnungen frei bleiben. Weiter sind an dem unteren und oberen Rahmenschenkel des rechteckigen Rahmenteils 32 und an seinen seitlichen Schenkeln Blechabdeckungen 38_; 38' und 39. 39' angebracht, die die rückwärtigen Teile der Kontaktbuchsen 30 mechanisch und vor Verschmutzung schützen.

Die ebenfalls an einer einen Teil der hinteren Begrenzungswand 5 des Einschubes 1 bildenden Kunststoffplatte 33 befestigten Kontaktstifte 29 sind, wie in der F i g. 3 dargestellt, entsprechend der zu übertragenden elektrischen Leistung unterschiedlich dimensioniert, wobei die mit den Bauelementen der Leistungselektronik und dem Motor sowie mit einem Belüftungsventilator verbundenen Kontaktstifte 29' und 29" eine größere Länge und Dicke aufweisen als die mit der Regelungselektronik, die als Schwachstromelektronik ausgebildet ist, verbundenen Kontaktstifte 29'", die zu einer 30poligen Steckereinheit 34 zusammengefaßt sind. Wenn der Einschub mittels an der Frontseite des Metallrahmens 4 angeordneter Handgriffe 40 in den Tragrahmen eingeschoben wird, so gelangen zunächst die stabil ausgeführten und längeren Kontaktstifte 29' und 29" für die Leistungselektronik in Eingriff mit den ihnen zugeordneten Kontaktbuchsen 30' bzw. 30", wodurch die in einem sehr geringen Abstand voneinander angeordneten Kontaktstifte 29'" der Steuerungs- und Regelungselektronik sehr genau bezüglich ihrer zugeordneten Buchsen 30'" zentriert werden, so daß diese, wenn sie schließlich bei einem weiteren Einschieben des Einschubes in Eingriff mit den ihnen zugeordneten Kontaktbuchsen

to gelangen, nicht beschädigt werden können.

Die in der F i g. 4 im Schnitt längs der Mittelebene der Hohlprofile 9 in teilweise abgebrochener Darstellung gezeigten Mittel zur Befestigung des Einschubes 1 an dem Tragrahmen 2 umfassen eine in dem Hohlprofil 9 drehbar gelagerte Spannschraube 41, dessen Durchmesser etwa dem lichten Innendurchmesser des Hohlprofiis S entspricht. An seinem inneren, dem rechteckigen Rahmenteil 32 des Tragrahmens 2 zugewandten Ende weist die Spannschraube 41 einen Gewindeabschnitt 42 geringeren Durchmessers auf, der in ein Gewindestück 43 eingreift, das in dem mit dem rechteckigen Rahmenteil 2 verschweißten Endabschnitt der Führungs-U-Profilschiene 10 fest angeordnet ist. Die Länge des Gewindeabschnittes 42 der Spannschraube 41 ist etwas größer als die größte Länge der Kontaktstifte 29. Der Gewindeabschnitt 42 ist konzentrisch von einer Spiralfeder 44 umschlossen, deren eines Ende an der dem Einschub 1 zugewandten Stirnseite des Gewindestückes 43 und deren anderes Ende an der inneren Stirnfläche 45 des Abschnittes mit größerem Querschnitt der Spannschraube 41 unter federnder Spannung abgestützt ist. An seinem äußeren Ende weist der einen Kreuzgriff 46 auf, der an der vorderen Stirnfläche 47 des an den Rahmen 4 des Einschubes 1 angeschweißten quadratischen Hohlprofils 9 abgestützt ist.

Wenn der Einschub 1 in den Führungsschienen 9 in Richtung auf die Steckerbuchsen verschoben wird, so gelangt zunächst die Spiralfeder 44, deren Länge im entspannten Zustand etwas größer ist als die Länge des Gewindeabschnittes 42 in Anlage mit der Stirnfläche des Gewindestückes 43, so daß beim weiteren Einschieben des Einschubes, bis der Gewindeabschnitt in Eingriff mit dem Gewinde des Gewindestückes 43 gelangen kann, eine die Einschubbewegung bremsende Federkraft durch die Spiralfeder 44 ausgeübt wird. Diese Federkraft läßt sich sodann durch Drehen der Spannschraube 41 mit Hilfe des Kreuzgriffes 46 leicht und wohldosiert überwinden, wobei die Kontaktstifte 29 des Einschubes in einer stetigen Vorwärtsbewegung in Eingriff mit den ihnen zugeordneten Buchsen gelangen. Beim Zurückdrehen der Spannschraube wird dann der Einschub unter der Spannung der Spiralfedern 44 wieder in einer stetigen Bewegung zurückgeschoben, ohne daß der Monteur an dem Einschub 1 ziehen muß.

Bei einer weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform der Baueinheit, die sich besonders für einen Einbau unterhalb einer Sitzbank eines Personenkraftwagens eignet, weist die Baueinheit einen Einschub mit einem Metallrahmen auf, in den eine Grundplatte eingelassen ist, in deren mittlerem Bereich die Buchsenplatte der Steckerverbindungen angeordnet ist, deren korrespondierende Stiftkontakte fest in einer wannenförmigen Vertiefung des Bodenbleches des Fahrzeuges angeordnet sind

Der Einschub ist an seiner Unterseite mit Gummifüßen versehen, die ihn in einem Abstand von dem Bodenblech des Fahrzeuges halten, so daß in dem Zwischenraum zwischen dem Bodenblech und der Grundplatte

des Einschubes Versorgungskabel verlegt werden können. Die Kontaktstifte sind allseitig von einer PVC-Abdeckung umschlossen. Die Führung des Einschubes in Richtung auf die Kontaktstifte wird durch zwei zylindrische Stangen vermittelt, die konzentrisch von Spiralfe- dem umschlossen sind, die im entspannten Zustand den Einschub in einem Abstand von den Kontaktstiften halten, so daß die elektrischen Kontakte der Steckerverbindungen getrennt sind. Mittels einer zentrisch in der Buchsenplatte angeordneten Schraube, die an ihrer Oberseite mit einem Sterngriff versehen ist, ist es möglich, die Buchsenplatte in vertikaler Richtung nach unten gegen die Steckerplatte zu spannen und den Einschub in Eingrrffsstellung seiner Buchsen mit den Stiftkontakten der Steckerplatte zu halten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Baueinheit für ein batteriegespeistes Elektrofahrzeug, welche die elektrischen, elektronischen und elektromechanischen Bauelemente zur Steuerung und Regelung des Antriebs enthält und welche nach Art eines Einschubkastens ausgebildet und in einem am Fahrzeug angeordneten Tragrahmen eingeschoben ist, wobei die Steueranschlüsse durch komplementäre Steckkontakte an den entsprechenden Stellen von Tragrahmen und Einschub gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Steueranschlüssen (29"', 30'") auch die den Kraftstroin führenden Leitungen durch entsprechend stark ausgebildete komplementäre Steckverbindungen (29', 30') geführt sind, welche zugleich als zusätzliche Führung für die Einschubbewegung dienen, wobei deren Kontaktstifte (29') eine größere Lange als die anderen Kontaktstifte (29", 29'") aufweisen und wobei alle Buchsen (30,30', 30", 30'") in einer gemeinsamen Ebene einer am Tragrahmen (2) angebrachten Kunststoffplatte (31) und die Fußpunkte der Kontaktstifte (29,29', 29", 29'") in einer dazu parallelen Ebene am Einschub (1) angeordnet sind, daß die Führungsschienen (9, 9') am Einschub (t) und die Führungen (10, 10') am Tragrahmen (2) jeweils an den zur Einschubrichtung parallelen oberen Kanten angeordnet sind,

daß der Tragrahmen (2) am Fahrzeug auf Gummipolstern (36) nachgiebig gelagert ist, und

daß die rückwärtigen Buchsenteile an der dem Einschub abgewandten Seite durch Blechabdeckungen (38,38', 39,39') und an der dem Einschub zugewandten Seite durch PVC-Platten (37) abgedeckt sind, und

daß die Führungen (9, 10) des Tragrahmens (2) U-Profilschienen (10) mit aufeinander zuweisenden Schenkeln umfassen, in denen der Einschubkasten (1) mittels fest an den oberen Kanten seiner Seitenwände (6,7) angeordneter Hohlprofile (9) verschiebbar geführt ist, in denen Spannschrauben (41) drehbar gelagert sind, die an ihrem inneren Ende einen mit einem Gewindestück (43) des Tragrahmens (2) zusammenarbeitenden Gewindeabschnitt (42) aufweisen und an ihrem äußeren Ende an der Außenseite des Einschubkastens abgestützt sind.

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschub (1) gegenüber dem Tragrahmen (2) in einem Endabschnitt seines Einschubweges der etwas größer ist als die größte Länge der Kontaktstifte (29), über federelastische Elemente (44) gegen den Tragrahmen abgestützt ist.

3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als federelastische Elemente (44) auf einem inneren, abgesetzten Endabschnitt (42) der Spannschrauben (41) Schraubenfedern angeordnet sind.