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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses an einem Elektromotor eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung und mit einem als Radnabenantriebsmotor ausgeführten Elektromotor.
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Ein Verkehrsunfall mit einem elektrischen Fahrzeug kann dazu führen, dass eine elektrische Verbindung wie eine Leitung zwischen einem Elektromotor, beispielsweise einem Drehstrommotor, und dem Stromversorger, beispielsweise einer Batterie (oder der daran anliegenden Leistungselektronik) abreißt. In diesem Fall kann durch ein Weiterdrehen des Elektromotors an den abgetrennten Verbindungen eine elektrische Spannung induziert werden. Die Kontaktierungen oder Stromleitungen zum Elektromotor könnten dann unter einer (unter Umständen hohen) elektrischen Spannung stehen. Ist der Elektromotor ein Radnabenmotor, so kann die elektrische Spannung in den abgerissenen Leitungen unabhängig davon entstehen, ob sich das Rad noch mitdrehen kann oder nicht, wobei ein Weiterdrehen des Rades zusätzliche kinetische Energie einbringt, die ebenfalls in elektrische Energie im Elektromotor umgewandelt werden kann. In all diesen Fällen kann eine Gefährdung durch elektrische Spannung eintreten.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, mithilfe eines bewusst verursachten elektrischen Kurzschlusses hohe induzierte Spannungen im Umfeld einer elektrischen Maschine vermeiden zu können. In solchen Fehlerfällen wird im Stand der Technik ein aktiver Kurzschluss am/in der Nähe des Elektromotors zwischen den Leitungen herbeigeführt, damit keine elektrische Spannung außerhalb anfällt.
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Die
DE 10 2014 019 119 A1 betrifft in diesem Zusammenhang eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltsystem, einem Stromrichter und einer Drehstrommaschine, wobei das Hochvoltsystem über den Stromrichter mit der Drehstrommaschine elektrisch gekoppelt ist und in einem Generatorbetrieb der Drehstrommaschine über den Stromrichter mit elektrischer Energie der Drehstrommaschine versorgbar ist, wobei die Antriebsvorrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, einen von der Drehstrommaschine bereitgestellten Summenstrom zu erfassen, und eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, bei einer Abweichung des erfassten Summenstromes von einem vorgegebenen Stromwert einen aktiven Kurzschluss für die Drehstrommaschine bereitzustellen.
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Die
DE 10 2013 016 960 A1 betrifft ferner eine Wechselrichtereinheit für eine elektrische Maschine mit einem DC/DC-Wandler einschließlich einer Brücke mit zwei Brückenzweigen, die jeweils einen Brückenschalter aufweisen, einem Stromzwischenkreis am Ausgang der Brücke, einem am den Stromzwischenkreis angeschlossenen Wechselrichter mit mehreren Wechselrichterzweigen, die jeweils zwei Wechselrichterschalter aufweisen, und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Brückenschalter und der Wechselrichterschalter, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Fehlersignal in einem ersten Schritt einen aktiven Kurzschluss zu bewirken, indem alle Wechselrichterschalter geschlossen werden und ein Brückenschalter geschlossen wird, und in einem zweiten Schritt einen Freilauf zu bewirken, indem die Wechselrichterschalter eines der Brückenbeine geschlossen und die übrigen Wechselrichterschalter geöffnet werden.
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Außerdem betrifft die
EP 3 479 391 A1 eine Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz, umfassend ein Schaltelement, welches vom Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigbar ist, zwei sich gegenüberliegende Kontaktelektroden mit Mitteln zur Stromzuführung, wobei diese an einen Stromkreis mit Anschlüssen von unterschiedlichem Potential kontaktierbar sind, weiterhin in mindestens einer der Kontaktelektroden ein unter mechanischer Vorspannung stehendes, im Kurzschlussfall federkraftunterstützt eine Bewegung zur weiteren Kontaktelektrode ausführendes bewegliches Kontaktteil, ein Opferelement als Abstandshalter zwischen den Kontaktelektroden sowie mit einer elektrischen Verbindung zwischen dem Opferelement und dem Schaltelement einerseits und einer der Kontaktelektroden andererseits, um eine strom- flussbedingte, thermische Verformung oder Zerstörung des Opferelements gezielt herbeizuführen, wobei das bewegliche Kontaktteil als einseitig geschlossener Hohlzylinder ausgebildet und im Hohlzylinder eine Feder zur Vorspannungserzeugung eingesetzt ist, der Hohlzylinder in einer komplementären Aussparung in der ersten Kontaktelektrode unter Bildung eines Gleitkontakts beweglich geführt wird sowie im Bereich des Bodens des geschlossenen Hohlzylinders dessen Zylinderwandung außenumfangsseitig in einen Konus übergeht, weiterhin im Inneren des Hohlzylinders sich ausgehend vom Boden ein erster zapfenförmiger Fortsatz erstreckt, welchem ein zu den Kontaktelektroden isolierter, zweiter zapfenförmiger Fortsatz gegenüberliegt, wobei zwischen erstem und zweitem zapfen- förmigen Fortsatz das Opferelement, ausgebildet als Bolzen oder Schraube angeordnet ist und in der zweiten Kontaktelektrode eine, an den Außenkonus des beweglichen Kontakts angepasste Aussparung mit Innenkonus vorgesehen ist, wobei Außen- und Innenkonus einen prellfreien Kurzschluss- Kontaktbereich mit Kraft- und Formschluss aufgrund auftretender plastischer Verformung bilden.
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Die
DE 10 2014 115 396 A1 betrifft zudem einen Schalter, insbesondere Trennschalter für hohe Gleich- und Wechselströme bei hohen Spannungen, welcher aus einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden kann und welcher ein Gehäuse, einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt, einen vom Gehäuse geführten Schaltkolben und ein Verbindungselement aufweist, welches in der Leitstellung des Schalters eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt herstellt, wobei das Gehäuse einen das Verbindungselement umgebenden Innenraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement zumindest abschnittsweise in dem Innenraum verläuft, dass der Innenraum mit einem Isolatormedium gefüllt ist und dass der Schalter so ausgebildet ist, dass eine mechanische Bewegung des Schaltkolbens den Schalter von der Leitstellung in die Trennstellung überführen kann, wobei der Schaltkolben mechanisch so auf das Verbindungselement wirkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt an mindestens einer Trennstelle unterbrochen wird.
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Die
DE 10 2016 222 339 A1 betrifft einen pyrotechnischen Schalter zur Abschaltung und Herstellung elektrischer Stromkreise, umfassend einen ersten elektrischen Leiter, einen zweiten elektrischen Leiter und ein Zündelement, wobei in einem ersten Zustand des pyrotechnischen Schalters der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Solltrennstelle zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter vorgesehen ist, wobei die Solltrennstelle getrennt wird, sobald das Zündelement ausgelöst wird, wobei der pyrotechnische Schalter einen dritten elektrischen Leiter aufweist, wobei im ersten Zustand des pyrotechnischen Schalters der dritte elektrische Leiter elektrisch von dem ersten elektrischen Leiter und von dem zweiten elektrischen Leiter getrennt ist und in einem zweiten Zustand des pyrotechnischen Schalters der dritte elektrische Leiter elektrisch mit dem zweiten elektrischen Leiter verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine von einer elektrischen Spannung ausgehende mögliche Gefährdung, verursacht durch einen weiterdrehenden Elektromotor nach einem Unfall eines elektrischen Fahrzeugs mit dem Elektromotor, zu verhindern und dabei gegebenenfalls Alternativen zum Stand der Technik bereitzustellen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses an einem Elektromotor eines Fahrzeugs, aufweisend eine elektrische Verbindung mit elektrischen Leitern, um den Elektromotor des Fahrzeugs mit einer elektrischen Energiequelle des Fahrzeugs zu verbinden, wobei die Vorrichtung eine Sollbruchstelle aufweist, die beim Überschreiten einer vordefinierten mechanischen Grenzkraft aufbricht, wobei die elektrischen Leiter mit der Sollbruchstelle so mechanisch gekoppelt sind, dass beim Aufbrechen der Sollbruchstelle die elektrischen Leiter in ihrem Verlauf zwischen dem Elektromotor und der Energiequelle durchtrennt werden, jedoch elektromotorseitig untereinander verbunden werden, um den Elektromotor elektrisch kurzzuschließen.
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Der Elektromotor dient als Antriebskomponente für das Fahrzeug, beispielsweise ein batterieelektrisches Fahrzeug. Die Energie dazu wird aus einer Energiequelle des Fahrzeugs bereitgestellt und mittels elektrischer Leiter dann dem Elektromotor zugeführt. Die Anzahl der elektrischen Leiter ist von der gewählten Architektur von Stromquelle und Elektromotor abhängig. Während bei einer Gleichstromenergiequelle zwei elektrische Leiter ausreichen, sind für Mehrphasenwechselstromtechnik mehrere Leiter vorzusehen.
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Kommt es zu einem Verkehrsunfall oder einer anderen mechanischen entsprechend großen Belastung auf die in der Vorrichtung vorgesehene Sollbruchstelle, führt diese mechanische Belastung zum Aufbrechen der Sollbruchstelle. Die Sollbruchstelle ist dabei mit zumindest einem der elektrischen Leiter oder einem Hilfselement so gekoppelt, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss der Phasen des Elektromotors kommt. Eine mögliche Gefährdung durch eine an den elektrischen Leitern anliegende elektrische Spannung, die nicht von der elektrischen Energiequelle ausgeht sondern von dem weiterdrehenden Elektromotor selbst noch eine Zeit lang nach dem Verkehrsunfall induziert wird, kann somit vorteilhaft vermieden werden. Bevorzugt ist das Aufbrechen der Sollbruchstelle irreversibel. Zumindest kann bevorzugt die Sollbruchstelle nicht in ihren Ausgangszustand von selbst zurückkehren, sondern bedarf eines manuellen Reparaturvorgangs oder eines Austausches der Sollbruchstelle.
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Besonders ein Radnabenantrieb, bei dem am Rad selbst der Elektromotor angeordnet ist, ist für so einen Fehlerfall anfällig, da ein Radabriss typischerweise auch immer zum Abriss des Elektromotors führt und dieser normalerweise über elektrische Leitungen/Kabel mit dem Fahrzeug stromleitend verbunden ist. Ein so abgerissenes Rad kann sich weiter drehen und die Relativdrehung zwischen Stator und Rotor induziert im Elektromotor dann weiterhin eine hohe Spannung, welche an den Leitungen anliegen kann.
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Wird dagegen ein elektrischer Kurzschluss am Elektromotor erzeugt, wird der Elektromotor zum Stillstand gebracht und es kann keine elektrische Spannung mehr erzeugt werden. Bevorzugt wird die Position der Sollbruchstelle im Fahrzeug so gewählt, dass sichergestellt ist, dass bei einem Unfall die elektrische Verbindung zwischen Elektromotor und der elektrischen Energiequelle auch im Bereich der Sollbruchstelle getrennt wird.
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Im Gegensatz zur
DE 10 2016 222 339 A1 , bei der eine pyrotechnische Auftrennung zur Herstellung eines elektrischen Kurzschlusses angewendet wird, wird erfindungsgemäß umgekehrt vorgegangen, um einen Kurzschluss bei einer Auftrennung einer elektrischen Leitung durch externe mechanische Einwirkung mittels entsprechender passiver Kopplung sicherzustellen.
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Indem die Sollbruchstelle durch eine äußere Kraft aufgebrochen wird und die Sollbruchstelle mechanisch gekoppelt mit zumindest einem der elektrischen Leiter ist, muss kein Signalpfad ausgelegt und implementiert werden. Vielmehr wird eine von selbst agierende Wirkungskette konstruktiv vorgesehen, welche bei entsprechender Einwirkung von außen durch eine mechanische Kausalkette nicht nur zum Trennen des Elektromotors von der Energiequelle führt, sondern auch zum Kurzschließen des Elektromotors. Die Sollbruchstelle kann beispielsweise durch dünnwandiges Material oder eine Kerbe in einem Materialabschnitt realisiert werden, sodass an dieser Stelle ein Bruch auftritt, wenn eine extern induzierte Belastung die Haltbarkeit der Sollbruchstelle übersteigt.
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Wenn die elektrischen Leiter durchtrennt werden, können diese an einer dafür vorgesehenen Zone brechen, können jedoch auch so ausgelegt sein, dass eine Berührung von Leiterabschnitten durch Auseinanderbewegen beendet wird.
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Eine alternative technische Umsetzung des Ziels, den Elektromotor kurzzuschließen, wäre eine pyrotechnische Impulsauslösung zum aktiven Rekonfigurieren elektrischer Leitungen, um insbesondere einen elektrischen Leitungsweg zu schaffen, die kurzschließend zu den Anschlussstellen des Elektromotors führen.
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Eine weiter abweichende Lösung zum Erreichen eines Kurzschlusses des Elektromotors besteht darin, dass eine elektrische Schaltung, möglichst nahe am Elektromotor angeordnet, vorgesehen wird. Diese Schaltung ist dazu ausgeführt, die einzelnen Leitungen, zum Beispiel für die einzelnen Phasen des Elektromotors kurzzuschließen, wenn ein Steuerkabel der Schaltung keine elektrische Spannung erfährt. Die Schaltung ist dabei so angebracht, dass sie im Falle der mechanischen Trennung der elektrischen Leiter zwischen dem Elektromotor und der Energiequelle die elektromotorseitigen Leiter kurzschließen kann. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Verbindung zwischen der Schaltung und den Leitern für die Phasen eines Drehstroms bei der Trennung von der elektrischen Energiequelle bestehen bleibt. Dieses Steuerkabel der Schaltung wird dabei so angeordnet, dass es im Falle der mechanischen Trennung der elektrischen Leiter zwischen dem Elektromotor und der Energiequelle ebenfalls getrennt wird und so der Kurzschluss des Elektromotors ausgelöst wird. Die Trennung der elektrischen Leiter kann unkontrolliert oder gezielt an einer bestimmten Position zum Beispiel durch Schwächung eines Kabels zur Realisierung des elektrischen Leiters o. ä. ausgelöst werden. Die Schaltung dient in anderen Worten dazu, ohne Bestromung durch das Steuerkabel die Leitungen zwischen der Energiequelle und dem Elektromotor kurzzuschließen. Das Steuerkabel wird zu diesem Zweck bei Abriss der elektrischen Leiter zur Stromversorgung des Elektromotors ebenfalls durchtrennt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein vorgespanntes Kraftelement der Vorrichtung mit der Sollbruchstelle und mit zumindest einem der mechanischen Leiter jeweils mechanisch gekoppelt und dazu ausgeführt, dass sich nach dem Aufbrechen der Sollbruchstelle das Kraftelement entspannt und dabei die elektrischen Leiter miteinander elektrisch verbindet.
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Diese mechanische Kopplung führt dazu, dass die elektrischen Leiter im normalen Betrieb des Fahrzeugs voneinander getrennt sind und eine jeweilige durchgehende Leitung zwischen Elektromotor und Energiequelle bereitstellen. Das Aufbrechen der Sollbruchstelle führt jedoch dazu, dass sich ein vorgespanntes Kraftelement, wie beispielsweise eine vorgespannte Feder, entspannen kann, und dieses Kraftelement dabei wiederum so mit einem oder mehreren Leitern mechanisch gekoppelt ist, dass diese miteinander in Verbindung gebracht werden und der Elektromotor kurzgeschlossen wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die elektrischen Leiter durch einen gemeinsame Steckverbinder geführt, wobei der Steckverbinder in seinem geschlossenen Zustand dazu dient, den Elektromotor des Fahrzeugs und die Energiequelle elektrisch zu verbinden, und wobei im offenen Zustand die elektrischen Leiter an jeweiligen Trennstellen unterbrochen sind und an elektromotorseitigen Enden der Trennstellen nach dem Überführen des Steckverbinders in den offenen Zustand miteinander verbunden sind, wobei die Sollbruchstelle dazu ausgeführt ist, bei ihrem Aufbrechen den Steckverbinder aus dem geschlossenen in den offenen Zustand zu überführen.
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Die Sollbruchstelle ist zu diesem Zweck insbesondere so ausgeführt, dass sie zwei Elemente des Steckverbinders grundsätzlich zusammenhält. Erst beim Einwirken einer ausreichend hohen mechanischen Belastung auf die Sollbruchstelle bricht diese auf und trennt die beiden Elemente des Steckverbinders voneinander. Durch die Trennung der beiden Elemente des Steckverbinders voneinander erfolgt nicht nur eine Auftrennung der elektrischen Leitungen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Energiequelle unterbrochen wird, es werden auch die elektrischen Leiter elektromotorseitig miteinander verbunden und damit kurzgeschlossen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Steckverbinder mindestens ein vorgespanntes Kraftelement auf, welches jeweils so angeordnet ist, dass sich beim Überführen des Steckverbinders aus dem geschlossenen in den offenen Zustand das jeweilige Kraftelement entspannt und dabei die elektromotorseitigen Enden der Trennstellen elektrisch miteinander verbindet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Steckverbinder mindestens zwei vorgespannte Kraftelemente auf, die so angeordnet sind, dass sie bei ihrem Entspannen, ausgelöst durch das Aufbrechen der Sollbruchstelle, jeweilige elektromotorseitige Enden der Trennstellen der elektrischen Leiter aufeinander zu bewegen und anschließend aneinanderliegend halten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine vorgespannte Kraftelement mit einer Kurzschlussplatte verbunden, die so angeordnet ist und dazu ausgeführt ist, dass beim Entspannen des Kraftelements die Kurzschlussplatte bewegt wird und am Ende der Bewegung der Kurzschlussplatte diese einen elektrischen Kontakt zwischen mindestens zwei elektrischen Leitern herstellt.
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Die Kurzschlussplatte ist nicht notwendigerweise flächig bzw. plattenförmig ausgebildet, die Geometrie ist unter anderem abhängig von den räumlichen Verhältnissen der elektrischen Leiter zueinander zu wählen. Bevorzugt ist die jeweilige Kurzschlussplatte aus einem Metall mit geringem elektrischen Widerstand, beispielsweise Kupfer. Entspannt sich das Kraftelement, beispielsweise eine vorgespannte Feder, so wird/werden die Kurzschlussplatte(n) so bewegt, dass sie die elektrischen Leiter miteinander verbinden. Sind mehr als zwei elektrische Leiter vorgesehen, so werden vorteilhaft mehrere Kurzschlussplatten verwendet, sodass jede der Kurzschlussplatten mindestens ein Paar von elektrischen Leitern miteinander verbindet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das jeweilige Kraftelement eine mechanische Feder.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das jeweilige Kraftelement ein elastisches Volumenelement.
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Das elastische Volumenelement ist bevorzugt aus Elastomer gefertigt, welches insbesondere ein kontinuierliches Materialvolumen über das Volumenelement bildet. Beispielsweise ist das Volumenelement aus Gummi oder Polymer-Schaumstoff.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die vordefinierte mechanische Grenzkraft durch eine Zugspannung definiert. In diesem Fall reißt die Sollbruchstelle durch Zugspannung auseinander, wenn eine entsprechende externe Kraft auf die Sollbruchstelle wirkt und eine Zugspannung verursacht. Alternativ oder in Kombination damit hierzu könnte die Sollbruchstelle auf eine Grenz-Scherspannung ausgelegt aufbrechen; es bestehen hier Auslegungsfreiheitsgrade, um die Sollbruchstelle zweckmäßig auf die Konfiguration des Fahrzeugs anzupassen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben mit einem als Radnabenantriebsmotor ausgeführten Elektromotor.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Vorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine energetische Struktur eines Fahrzeugs, in der eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses angewendet werden kann.
- 2: Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses an einem Elektromotor eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3: Die Vorrichtung der 2 im aufgebrochenen Zustand der Sollbruchstelle.
- 4: Eine alternative Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses an einem Elektromotor eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5: Die Vorrichtung der 4 im aufgebrochenen Zustand der Sollbruchstelle.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine beispielhafte Architektur eines elektrischen Fahrzeugs, an der die im Weiteren beschriebene Vorrichtung zum beabsichtigten Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses angewendet werden kann. Ein Elektromotor 1 ist als elektrische Maschine ausgebildet und dazu in der Lage, mittels Zuführung elektrischer Energie ein Drehmoment zu erzeugen um das Fahrzeug zu beschleunigen, sowie zum Rekuperieren, wofür der Elektromotor 1 als Generator betrieben werden kann. Gespeist wird der Elektromotor 1 von einer Energiequelle 3, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie des Fahrzeugs, die durch externe Elektrizität oder durch Rekuperation wieder aufgeladen werden kann. Die Energiequelle 3 und der Elektromotor 1 sind mit elektrischen Leitern 7 miteinander verbunden.
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2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Kurzschlusses an dem Elektromotor 1 des Fahrzeugs, wie prinzipiell in 1 skizziert. Hierbei sind drei elektrische Leiter 7 vorgesehen, die jeweils zwischen der Energiequelle 3 und dem Elektromotor 1 verlaufen. Möglichst nahe am Elektromotor 1 wird die beispielhafte Vorrichtung integriert. Dabei durchlaufen die elektrischen Leiter 7 allesamt einen gemeinsamen Steckverbinder 11. Der Zustand des Steckverbinders 11 in der 2 ist geschlossen, d. h. das Fahrzeug kann seinen regulären Betrieb aufrechterhalten und der Steckverbinder 11 ermöglicht uneingeschränkt eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 1 und der Energiequelle 3. Innerhalb eines Gehäuses der Steckverbindung 11 sind Führungskanäle für die elektrischen Leiter 7 vorgesehen. Eine Sollbruchstelle 5 hält einen linken und einen rechten Teil des Steckverbinders 11 so lange zusammen, bis beispielsweise durch einen Unfall des Fahrzeugs, bei dem sich der Elektromotor 1 mitsamt Nabe und Rad löst, eine externe Kraft so stark auf die Sollbruchstelle 5 einwirkt, dass sich diese in zwei Hälften auftrennt. Diese Sollbruchstelle 5 kann in kontinuierlicher Materialausführung, aber auch durch eine reibschlüssige Verbindung zweier Komponenten realisiert werden. Bevor das Aufbrechen geschieht, sind zwei Federn 9 als vorgespannte Kraftelemente als Energiespeicher vorhanden, werden jedoch durch einen entsprechenden Bolzen einer Hälfte des Steckverbinders 11 in ihrer gespannten Stellung gehalten. Die elektrischen Leiter 7 sind währenddessen nicht miteinander verbunden, sondern voneinander isoliert, und weisen eine jeweilige durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 1 und der Energiequelle 3 auf.
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3 zeigt die Vorrichtung der 2, jedoch in einem Zustand, nachdem der Unfall des Fahrzeugs geschehen ist und die Sollbruchstelle 5 aufgebrochen ist und damit den Zusammenhalt des Steckverbinders 11 nicht weiter gewährleistet. Vielmehr erfahren die Federn 9 keinerlei Gegenkraft mehr durch die andere Hälfte des Steckverbinders 11, wodurch sie sich entspannen und eine an ihrem Ende jeweilig angeordnete Kurzschlussplatte 13 an Kontaktstellen der elektrischen Leiter 7 in der elektromotorseitigen Hälfte des aufgebrochenen Steckverbinders 11 heranführen, und somit die elektromotorseitigen elektrischen Leiter 7 kurzschließen. Die Sollbruchstelle 5 ist dabei komplett aufgerissen, sodass die Trennung der elektrischen Leiter 7 sowie die gleichzeitig stattfindende kurzschließende Verbindung der elektrischen Leiter 7 zum Elektromotor 1 hin damit dauerhaft und irreversibel erfolgt. Dementsprechend weist der Steckverbinder 11 zwei trennbare Hälften auf, wobei in der elektromotorseitigen Hälfte die Federn 9 mit den Kurzschlussplatten 13 angeordnet sind.
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4 zeigt eine alternative Ausführung einer Vorrichtung, die prinzipiell zum gleichen Ergebnis führt wie die der 2. Wieder sind beispielhaft drei elektrische Leiter 7 gezeigt, die zwischen einem Elektromotor 1 und einer Energiequelle 3 des Fahrzeugs geführt sind. Alle elektrischen Leiter 7 führen isoliert voneinander durch einen Steckverbinder 11, der wiederum zwei Hälften aufweist, die beim Aufbruch einer Sollbruchstelle 5 getrennt werden. 4 zeigt dabei den ungetrennten Zustand der Vorrichtung, der Steckverbinder 11 ist dabei intakt und sämtliche elektrischen Leiter 7 sind isoliert voneinander getrennt und weisen jeder für sich eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 1 und der Energiequelle 3 auf. Hierbei ist jedoch eine jeweilige Feder 9 an einem ersten und an einem zweiten der elektrischen Leiter 7 angeordnet und steht unter Vorspannung, während die Vorrichtung intakt ist. Solange die beiden Hälften des Steckverbinders 11 zusammengehalten werden, liegen der obere und der untere elektrische Leiter 7 voneinander getrennt und elektrisch isoliert. Werden die beiden Hälften getrennt, so bewirkt die Federkraft der Federn 9 wegen der keilförmigen Kontur der Hälften nicht nur das Aneinanderdrücken der elektrischen Leiter 7 aneinander, sondern auch das Trennen der beiden Hälften des Steckverbinders 11.
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5 zeigt den Zustand des Steckverbinders 11 der 4, nachdem die Sollbruchstelle 5 durch äußere Krafteinwirkung aufgebrochen ist. Wiederum halten die beiden Hälften des Steckerverbinders 11 nicht länger zusammen, und jeder der elektrischen Leiter 7 wird getrennt, sodass keinerlei elektrische Verbindung mehr zwischen dem Elektromotor 1 und der Energiequelle 3 besteht. Durch das Trennen der beiden Hälften des Steckverbinders 11 können sich jedoch die beiden Federn 9 entspannen, und drücken dabei sämtliche elektrischen Leiter 7 aneinander, wodurch diese kurzgeschlossen werden. Dies wiederum führt zu einem Kurzschluss am Elektromotor 1.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 3
- Energiequelle
- 5
- Sollbruchstelle
- 7
- Leiter
- 9
- Kraftelement
- 11
- Steckverbinder
- 13
- Kurzschlussplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2014 019 119 A1 [0004]
- DE 10 2013 016 960 A1 [0005]
- EP 3 479 391 A1 [0006]
- DE 10 2014 115 396 A1 [0007]
- DE 10 2016 222 339 A1 [0008, 0016]