DE102023211176A1

DE102023211176A1 - High-voltage interface and method for producing a contact element

Info

Publication number: DE102023211176A1
Application number: DE102023211176.4A
Authority: DE
Inventors: Walter Ruff; Steffen Buhl; Sebastian Mainka; Muzaffar Fatdachow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-11-10
Filing date: 2023-11-10
Publication date: 2025-05-15
Also published as: CN119994532A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltschnittstelle (10) zur Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stator (25) mit einer statorseitigen Stromschiene (26) und einem gehäuseseitigen Anschlussstück (30) einer Hochvoltelektronik (35), mit Hilfe eines Kontaktelements (8).
Um die Hochvoltschnittstelle (10) funktionell zu verbessern und/oder herstellungstechnisch zu vereinfachen, weist das Kontaktelement (8) eine helixartige Toleranzausgleichsstruktur (38) auf, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass nicht nur Toleranzen entlang einer Längsachse (36) des Kontaktelements (8) ausgeglichen werden können, sondern auch Schiefstellungen des Anschlussstücks (30) relativ zu dem Kontaktelement (8).

The invention relates to a high-voltage interface (10) for providing an electrical connection between a stator (25) having a stator-side busbar (26) and a housing-side connection piece (30) of a high-voltage electronics unit (35), by means of a contact element (8).
In order to functionally improve the high-voltage interface (10) and/or to simplify its manufacturing, the contact element (8) has a helical tolerance compensation structure (38) which is designed and arranged in such a way that not only tolerances along a longitudinal axis (36) of the contact element (8) can be compensated, but also misalignments of the connection piece (30) relative to the contact element (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stator mit einer statorseitigen Stromschiene und einem gehäuseseitigen Anschlussstück einer Hochvoltelektronik, mit Hilfe eines Kontaktelements. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktelements für eine derartige Hochvoltschnittstelle.The invention relates to a high-voltage interface for establishing an electrical connection between a stator with a stator-side busbar and a housing-side connector of a high-voltage electronics system, using a contact element. The invention further relates to a method for producing a contact element for such a high-voltage interface.

Stand der TechnikState of the art

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.From the German disclosure document DE 10 2019 207 438 A1 An electrically assisted turbocharger is known with a compressor housing, a stator package of an electric motor coupled to the turbocharger, which is connected to the compressor housing, and an electronics housing of the electric motor, which is connected to the stator package. From the European patent address EP 3 641 068 B1 A connector with a connection plug and a connection socket is known, which comprises an annular socket part and a lamella basket arranged at least partially inside the annular socket part.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochvoltschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stator mit einer statorseitigen Stromschiene und einem gehäuseseitigen Anschlussstück einer Hochvoltelektronik, mit Hilfe eines Kontaktelements, funktionell zu verbessern oder herstellungstechnisch zu vereinfachen.The object of the invention is to functionally improve or simplify the manufacturing technology of a high-voltage interface for forming an electrical connection between a stator with a stator-side busbar and a housing-side connection piece of a high-voltage electronics system, with the aid of a contact element.

Die Aufgabe ist bei einer Hochvoltschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stator mit einer statorseitigen Stromschiene und einem gehäuseseitigen Anschlussstück einer Hochvoltelektronik, mit Hilfe eines Kontaktelements, dadurch gelöst, dass das Kontaktelement eine helixartige Toleranzausgleichsstruktur aufweist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass nicht nur Toleranzen entlang einer Längsachse des Kontaktelements ausgeglichen werden können, sondern auch Schiefstellungen des Anschlussstücks relativ zu dem Kontaktelement. Dabei wird bewusst ein erhöhter Fertigungsaufwand bei der Herstellung des Kontaktelements in Kauf genommen. Die helixartige Toleranzausgleichsstruktur kann auf unterschiedliche Art und Weise in das Kontaktelement eingearbeitet werden. Die helixartige Toleranzausgleichsstruktur ist zumindest an ihren einander abgewandten Enden im Wesentlichen kreiszylindermantelförmig ausgebildet. Zwischen ihren einander abgewandten Enden kann die helixartige Toleranzausgleichsstruktur einen verringerten oder auch vergrößerten Durchmesser aufweisen. Die helixartige Toleranzausgleichsstruktur kann entlang ihrer Längsachse einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen, zumindest wenn das Kontaktelement unbelastet ist. Im belasteten Zustand, insbesondere im eingebauten Zustand, kann sich die Gestalt der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur verändern, um den gewünschten Toleranzausgleich zu ermöglichen. Dadurch wird die Montage der Hochvoltschnittstelle erheblich vereinfacht. Die bewusst zugelassene Gestaltänderung der Toleranzausgleichsstruktur wird zum einen durch die helixartige Gestalt herbeigeführt. Darüber hinaus ist das Material, aus dem das Kontaktelement, zumindest im Bereich der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur, gebildet ist, begrenzt elastisch verformbar. Eine Helix, die zur Darstellung der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur dient, kann einen Helixschnitt in der im Wesentlichen kreiszylindermantelförmigen Toleranzausgleichsstruktur umfassen. Die Helix kann aber auch mehr als einen Helixschnitt umfassen. Dadurch kann das Toleranzausgleichsvermögen verbessert werden. Allerdings ist die Gestaltung der Toleranzausgleichsstruktur mit mehreren Helixschnnitten auch teurer in der Herstellung. Als Hochvoltschnittstelle werden elektrische Verbindungen bezeichnet, die mit Wechselspannungen über dreißig Volt bis eintausend Volt oder mit Gleichspannung von über sechzig Volt bis eintausendfünfhundert Volt betrieben werden. Hier sind hohe Sicherheitsanforderungen, insbesondere im Hinblick auf einen Berührschutz, sicherzustellen.The object is achieved in a high-voltage interface for forming an electrical connection between a stator with a stator-side busbar and a housing-side connection piece of high-voltage electronics, with the aid of a contact element, in that the contact element has a helical tolerance compensation structure which is designed and arranged in such a way that not only tolerances along a longitudinal axis of the contact element can be compensated, but also misalignments of the connection piece relative to the contact element. In doing so, increased manufacturing expenditure during production of the contact element is deliberately accepted. The helical tolerance compensation structure can be incorporated into the contact element in various ways. The helical tolerance compensation structure is essentially circular cylindrical in shape, at least at its opposite ends. Between its opposite ends, the helical tolerance compensation structure can have a reduced or enlarged diameter. The helical tolerance compensation structure can have an essentially constant diameter along its longitudinal axis, at least when the contact element is unloaded. Under load, particularly when installed, the shape of the helical tolerance compensation structure can change to enable the desired tolerance compensation. This significantly simplifies the assembly of the high-voltage interface. The deliberately permitted change in the shape of the tolerance compensation structure is brought about, on the one hand, by the helical shape. Furthermore, the material from which the contact element is formed, at least in the area of the helical tolerance compensation structure, has limited elastic deformation. A helix used to represent the helical tolerance compensation structure can comprise a helical cut in the essentially circular cylindrical surface-shaped tolerance compensation structure. However, the helix can also comprise more than one helical cut. This can improve the tolerance compensation capacity. However, designing the tolerance compensation structure with multiple helical cuts is also more expensive to manufacture. High-voltage interfaces refer to electrical connections that operate with alternating voltages of over 30 volts to 1,000 volts or with direct voltages of over 60 volts to 1,500 volts. High safety requirements must be ensured here, particularly with regard to contact protection.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die helixartige Toleranzausgleichssstruktur aus einem elastisch verformbaren Material gebildet ist. Durch die elastische Verformbarkeit wird zum einen die Herstellung des Kontaktelements mit der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur vereinfacht. Darüber hinaus wird die Darstellung der gewünschten Toleranzausgleichsfunktion durch das elastisch verformbare Material vereinfacht. Selbstverständlich ist das Material, aus dem die helixartige Toleranzausgleichsstruktur gebildet ist, nicht unbegrenzt elastisch verformbar. Die elastische Verformung spielt sich hauptsächlich im Bereich der gewünschten Toleranzausgleichsfunktion ab. Bei der Herstellung des Kontaktelements wird das Material, aus dem das Kontaktelement mit der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur gebildet ist, bleibend verformt.A preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the helical tolerance compensation structure is formed from an elastically deformable material. This elastic deformability simplifies the manufacture of the contact element with the helical tolerance compensation structure. Furthermore, the elastically deformable material simplifies the realization of the desired tolerance compensation function. Naturally, the material from which the helical tolerance compensation structure is formed is not elastically deformable indefinitely. The elastic deformation occurs primarily in the region of the desired tolerance compensation function. During the manufacture of the contact element, the material from which the contact element with the helical tolerance compensation structure is formed is permanently deformed.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzausgleichsstruktur aus einem elektrisch leitenden Blechmaterial gebildet ist, das eine Helixform aufweist. Bei dem elektrisch leitenden Blechmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein Metallblechmaterial, das zusätzlich zu seiner elektrisch leitenden Materialeigenschaft relativ einfach bearbeitbar ist, um die Toleranzausgleichsstruktur in der gewünschten Gestalt in dem Kontaktelement zu erzeugen.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the tolerance compensation structure is formed from an electrically conductive sheet material having a helical shape. The electrically conductive sheet material is preferably a metal sheet material which, in addition to its electrically conductive material property, can be easily machined to produce the tolerance compensation structure in the desired shape in the contact element.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mit der Toleranzausgleichsstruktur die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Im Bereich der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur hat das Kontaktelement die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels, in den die helixartige Toleranzausgleichsstruktur durch entsprechende Bearbeitung eingebracht ist. Dadurch wird eine stabile elektrisch leitende Anbindung des Kontaktelements sowohl an die statorseitige Stromschiene als auch an das gehäuseseitige Anschlussstück der Hochvoltelektronik vereinfacht. Dabei wird bewusst zugelassen, dass sich die Gestalt des geraden Kreiszylinders des Kontaktelements mit der Toleranzausgleichsstruktur im Rahmen der gewünschten Toleranzausgleichsfunktion verändert, wenn das Kontaktelement montiert wird. Die elektrisch leitende Anbindung des Kontaktelements an die Stromschiene erfolgt vorzugsweise durch einen Stoffschluss. Die elektrisch leitende Anbindung des Kontaktelements mit der Toleranzausgleichsstruktur an das gehäuseseitige Anschlussstück der Hochvoltelektronik erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Schraubverbindung. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass vorhandene Toleranzen bei der Montage des Kontaktelements auf einfache Art und Weise automatisch ausgeglichen werden.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the contact element with the tolerance compensation structure has the shape of a right circular cylinder. In the area of the helical tolerance compensation structure, the contact element has the shape of a right circular cylinder shell, into which the helical tolerance compensation structure is incorporated by appropriate machining. This simplifies a stable, electrically conductive connection of the contact element to both the stator-side busbar and the housing-side connection piece of the high-voltage electronics. It is deliberately permitted that the shape of the right circular cylinder of the contact element with the tolerance compensation structure changes within the scope of the desired tolerance compensation function when the contact element is installed. The electrically conductive connection of the contact element to the busbar is preferably achieved by means of a material bond. The electrically conductive connection of the contact element with the tolerance compensation structure to the housing-side connection piece of the high-voltage electronics is preferably achieved by means of a screw connection. This provides, among other advantages, that existing tolerances are automatically compensated in a simple manner during assembly of the contact element.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mit der Toleranzausgleichsstruktur an einem dem Anschlussstück zugewandten Ende die Gestalt einer Kreisringscheibe mit einem Durchgangsloch aufweist. So kann mit einfachen konstruktiven und fertigungstechnischen Mitteln eine Schraubanschlussstelle für die elektrisch leitende Anbindung an das Anschlussstück realisiert werden.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the contact element with the tolerance compensation structure has the shape of a circular disk with a through hole at an end facing the connector. Thus, a screw connection point for the electrically conductive connection to the connector can be realized using simple design and manufacturing techniques.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mit der Toleranzausgleichsstruktur an einem dem Anschlussstück abgewandten Ende durch eine Multifunktionshülse elektrisch leitend mit der Stromschiene verbunden ist. Die Multifunktionshülse hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels. Die Multifunktionshülse ist vorzugsweise einstückig mit dem Kontaktelement verbunden. Es ist aber auch möglich, dass die Multifunktionshülse anderweitig, zum Beispiel stoffschlüssig, mit dem Kontaktelement verbunden ist. Die elektrisch leitende Anbindung der Multifunktionshülse an die Stromschiene erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig. Je nach Ausführung kann die Multifunktionshülse aber auch anderweitig, zum Beispiel kraftschlüssig, formschlüssig oder auch einstückig mit der Stromschiene verbunden sein. Die Multifunktionshülse übt zusätzlich zu ihrer elektrischen Leitungsfunktion mindestens eine weitere Funktion an der Hochvoltschnittstelle aus. Diese weitere Funktion umfasst vorzugsweise mindestens eine Dichtfunktion. Darüber hinaus dient die Multifunktionshülse vorteilhaft auch dazu, die an dem Kontaktelement ausgebildete Toleranzausgleichsstruktur relativ zu dem Anschlussstück so zu positionieren, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dem Anschlussstück zugewandten Ende des Kontaktelements und dem Anschlussstück, vorzugsweise mit Hilfe einer Schraube, hergestellt wird.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the contact element with the tolerance compensation structure is electrically conductively connected to the busbar by a multifunctional sleeve at an end facing away from the connection piece. The multifunctional sleeve essentially has the shape of a straight circular cylinder shell. The multifunctional sleeve is preferably integrally connected to the contact element. However, it is also possible for the multifunctional sleeve to be connected to the contact element in another way, for example by a material fit. The electrically conductive connection of the multifunctional sleeve to the busbar is preferably material fit. Depending on the design, the multifunctional sleeve can also be connected to the busbar in another way, for example by a force fit, a form fit, or even as a single piece. In addition to its electrical conduction function, the multifunctional sleeve performs at least one further function at the high-voltage interface. This further function preferably comprises at least a sealing function. In addition, the multifunctional sleeve advantageously also serves to position the tolerance compensation structure formed on the contact element relative to the connecting piece in such a way that the electrically conductive connection between the end of the contact element facing the connecting piece and the connecting piece is established, preferably by means of a screw.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Multifunktionshülse einen axialen Tragabschnitt für eine Innendichtung aufweist, wobei der Tragabschnitt für die Innendichtung einen größeren Außendurchmesser als die Toleranzausgleichsstruktur aufweist. Bei der Innendichtung handelt es sich vorzugsweise um eine innere Einzeldichtung. Zwischen der Toleranzausgleichsstruktur und dem Tragabschnitt für die Innendichtung ist an dem Kontaktelement vorzugsweise ein konusartiger Führungsabschnitt vorgesehen, der die Montage der Innendichtung erleichtert. Die Toleranzausgleichsstruktur ist vorteilhaft innerhalb eines Stützzylinders angeordnet, der die Toleranzausgleichsstruktur im montierten Zustand des Kontaktelements vorzugsweise vollständig umgibt. Der Stützzylinder ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Mit dem Stützzylinder wird sicher verhindert, dass die sich bei der Montage verformende Toleranzausgleichsstruktur mit elektrisch leitenden Teilen, insbesondere Gehäuseteilen, in Kontakt kommt. Die Innendichtung ist vorzugsweise mit einer Außendichtung kombiniert, die vorzugsweise als äußere Sammeldichtung für mehrere, insbesondere alle, Kontaktelemente ausgeführt ist.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the multifunctional sleeve has an axial support section for an inner seal, wherein the support section for the inner seal has a larger outer diameter than the tolerance compensation structure. The inner seal is preferably an inner individual seal. Between the tolerance compensation structure and the support section for the inner seal, a conical guide section is preferably provided on the contact element, which facilitates the assembly of the inner seal. The tolerance compensation structure is advantageously arranged within a support cylinder, which preferably completely surrounds the tolerance compensation structure when the contact element is assembled. The support cylinder is preferably formed from an electrically insulating material. The support cylinder reliably prevents the tolerance compensation structure, which deforms during assembly, from coming into contact with electrically conductive parts, in particular housing parts. The inner seal is preferably combined with an outer seal, which is preferably designed as an outer collective seal for several, in particular all, contact elements.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochvoltschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Multifunktionshülse an ihrem der Stromschiene zugewandten Ende einen Aufnahmeraum für eine Stopfendichtung aufweist. Die Stopfendichtung wird zum Beispiel mit Hilfe eines Fixierstopfens in einem freien Ende der Multifunktionshülse fixiert. Durch die Kombination der Innendichtung, der Außendichtung und der Stopfendichtung wird ein sehr komfortables Dichtkonzept bereitgestellt, mit dem das Kontaktelement im montierten Zustand nicht nur vor Feuchtigkeit geschützt werden kann, sondern mit dem auch eine erforderliche Luftdichtheit der Hochvoltschnittstelle sichergestellt wird.A further preferred embodiment of the high-voltage interface is characterized in that the multifunctional sleeve has a receiving space for a plug seal at its end facing the busbar. The plug seal is secured, for example, with the help of a fixing plug in a free end of the multifunctional sleeve. The combination of the inner seal, the outer seal, and the plug seal provides a very convenient sealing concept that not only protects the contact element from moisture when installed, but also ensures the required airtightness of the high-voltage interface.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kontaktelement für eine vorab beschriebene Hochvoltschnittstelle. Das Kontaktelement ist separat handelbar.The invention further relates to a contact element for a high-voltage interface. The contact element can be handled separately.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Kontaktelements für eine vorab beschriebene Hochvoltschnittstelle ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die helixartige Toleranzausgleichsstruktur durch Laserbearbeitung, Wasserstrahlbearbeitung oder mechanische Bearbeitung in das Kontaktelement eingearbeitet wird.In a method for producing a contact element for a high-voltage interface described above, the above-mentioned object is achieved alternatively or additionally by incorporating the helical tolerance compensation structure into the contact element by laser machining, water jet machining or mechanical machining.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems, mit mindestens einer vorab beschriebenen Hochvoltschnittstelle.The invention also relates to an electrically driven air supply device for supplying air to a fuel cell system, with at least one high-voltage interface as described above.

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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description, in which various embodiments are described in detail with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigen:

1 eine Hochvoltschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stator und einem gehäuseseitigen Anschlussstück einer Luftzuführvorrichtung im Längsschnitt;
2 eine perspektivische Darstellung der Luftzuführvorrichtung mit einem Gehäuse, das eine Hochvoltschnittstelle mit drei Kontaktelementen umfasst;
3 eine perspektivische Darstellung eines Kontaktelements, das an einem Ende elektrisch leitend mit einem Ende einer Stromschiene verbunden ist;
4 eine perspektivische Darstellung des Kontaktelements aus 3 in einem unbelasteten beziehungsweise nicht montierten Zustand;
5 das Kontaktelement aus 4 in einem belasteten Zustand, wie er im montierten Zustand auftreten kann;
6 eine perspektivische Darstellung einer an einer Temperierhülse befestigten Kontaktiereinheit mit drei Kontaktelementen;
7 eine perspektivische Darstellung der Kontaktiereinheit aus 6 von der Rückseite;
8 eine perspektivische Darstellung einer Anschlusseinheit mit drei Stützzylindern für die drei Kontaktelemente; und
9 eine perspektivische Darstellung einer Kombistopfeneinheit mit einer Stopfendichtung.

They show:

1 a high-voltage interface to illustrate an electrical connection between a stator and a housing-side connection piece of an air supply device in longitudinal section;
2 a perspective view of the air supply device with a housing comprising a high-voltage interface with three contact elements;
3 a perspective view of a contact element which is electrically connected at one end to one end of a busbar;
4 a perspective view of the contact element from 3 in an unloaded or unassembled state;
5 the contact element 4 in a loaded condition, as may occur in the assembled state;
6 a perspective view of a contact unit with three contact elements attached to a temperature control sleeve;
7 a perspective view of the contact unit from 6 from the back;
8 a perspective view of a connection unit with three support cylinders for the three contact elements; and
9 a perspective view of a combination plug unit with a plug seal.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

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.In 2 An air supply device 1 is shown in perspective. The air supply device 1 is also referred to as an air compressor and is used in a mobile fuel cell system to provide compressed air. The mobile fuel cell system, in turn, is used in a motor vehicle equipped with the fuel cell system to provide electrical energy, which is converted, for example, via an electric motor into drive energy for the motor vehicle.

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.The air supply device 1 comprises a multi-part housing 2 with an air connection 3 through which air is supplied, and with an air connection 4 through which compressed air is discharged. To compress the air, the air supply device 1 comprises, for example, a compressor wheel that is rotatable within a compressor volute.

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.The compressor wheel is driven, optionally with the assistance of a turbine wheel, by an electric motor arranged in the housing 2. The electric motor comprises a rotor that is rotatable within a stator.

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 Kontaktelemente 7, 8, 9 umfasst, mit einer Steueranschlusseinrichtung 6 verbunden. Die Kontaktelemente 7, 8, 9 dienen zur Darstellung einer Hochvoltschnittstelle 10 zwischen dem Stator und einer Hochvoltelektronik.The stator of the electric motor comprises a power connection device 5, via which alternating current is supplied to the stator in three phases. The power connection device 5 is connected to a control connection device 6 via a connecting device comprising three elongated contact elements 7, 8, 9. The contact elements 7, 8, 9 serve to form a high-voltage interface 10 between the stator and a high-voltage electronics system.

Die Hochvoltelektronik umfasst einen Inverter. 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.The high-voltage electronics includes an inverter. The control connection device 6 is combined, for example, with a cable outlet, which, as indicated by three outgoing cables, is connected to a separately arranged and 2 connected to an inverter (not shown). However, the inverter can also be integrated into the housing 2 of the air supply device 1.

In 1 ist die Hochvoltschnittstelle 10 im Längsschnitt durch das Kontaktelement 8 dargestellt. Das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung umfasst zwei Gehäusekörper 11, 12. Der Gehäusekörper 11 dient unter anderem zur Aufnahme eines elektromotorischen Antriebs für die Luftzuführvorrichtung. Der Gehäusekörper 12 dient zum Beispiel zur drehbaren Aufnahme eines Laufrads. Insbesondere eines Verdichterrads, das mit dem elektromotorischen Antrieb in der Luftzuführvorrichtung angetrieben wird.In 1 The high-voltage interface 10 is shown in longitudinal section through the contact element 8. The housing 2 of the air supply device comprises two housing bodies 11, 12. The housing body 11 serves, among other things, to accommodate an electric motor drive for the air supply device. The housing body 12 serves, for example, to rotatably accommodate an impeller, in particular a compressor wheel, which is driven by the electric motor drive in the air supply device.

Aus einer Zusammenschau der 1, 6 und 7 ergibt sich, dass insgesamt drei Kontaktelemente 7, 8, 9 in einer elektrischen Kontaktiereinheit 14 mit jeweils einer Stromschiene 26 verbunden sind. Die elektrische Kontaktiereinheit 14 ist an eine Temperierhülse 24 montiert, die in dem Gehäusekörper 11 eine Statoranordnung 20 mit einem in 1 nur durch ein Bezugszeichen 25 angedeuteten Stator umgibt. Da die Temperierhülse 24 hauptsächlich zur Kühlung des Stators 25 dient, wird sie auch als Kühlhülse 24 bezeichnet.From a summary of the 1 , 6 and 7 It follows that a total of three contact elements 7, 8, 9 are connected in an electrical contacting unit 14, each with a busbar 26. The electrical contacting unit 14 is mounted on a tempering sleeve 24, which in the housing body 11 has a stator arrangement 20 with a 1 surrounds the stator, which is only indicated by a reference numeral 25. Since the tempering sleeve 24 primarily serves to cool the stator 25, it is also referred to as the cooling sleeve 24.

Der Stator 25 umfasst Statorwicklungen und Wickelköpfe, von denen Statorleitungen ausgehen. Eine der Statorleitungen ist in dem in 1 dargestellten Schnitt nicht sichtbar an ein radial inneres Ende der Stromschiene 26 elektrisch leitend angeschlossen. Das Kontaktelement 8 verbindet die Stromschiene 26 elektrisch leitend mit einem Anschlussstück 30 einer ebenfalls nur durch ein Bezugszeichen angedeuteten Hochvoltelektronik 35. Die Hochvoltelektronik 35 umfasst einen Inverter.The stator 25 comprises stator windings and winding heads from which stator leads emanate. One of the stator leads is in the 1 The contact element 8 is electrically connected to a radially inner end of the busbar 26, which is not visible in the section shown. The contact element 8 electrically connects the busbar 26 to a connecting piece 30 of a high-voltage electronics unit 35, which is also only indicated by a reference numeral. The high-voltage electronics unit 35 comprises an inverter.

In 3 ist die Stromschiene 26 zusammen mit dem daran befestigten Kontaktelement 8 alleine perspektivisch dargestellt. An einem in 3 oberen Ende der Stromschiene 26 ist das Kontaktelement 8 stoffschlüssig mit der Stromschiene 26 verbunden. An einem in 3 unteren Ende der Stromschiene 26 ist eine Crimphülse 45 ausgebildet. Die Crimphülse 45 dient zum elektrischen Anschließen einer nicht dargestellten Statorleitung.In 3 The busbar 26 is shown in perspective together with the contact element 8 attached to it. 3 The contact element 8 is firmly connected to the busbar 26 at the upper end of the busbar 26. At a 3 A crimp sleeve 45 is formed at the lower end of the busbar 26. The crimp sleeve 45 serves for the electrical connection of a stator cable (not shown).

Das Kontaktelement 8 weist an seinem der Stromschiene 26 zugewandten Ende eine Multifunktionshülse 16 auf. Die Multifunktionshülse 16 ist mit ihrem in 3 linken Ende stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen, elektrisch leitend mit der Stromschiene 26 verbunden.The contact element 8 has a multifunctional sleeve 16 at its end facing the busbar 26. The multifunctional sleeve 16 is 3 left end is connected electrically conductively to the busbar 26 in a materially bonded manner, preferably by welding.

In der perspektivischen Darstellung der 4 sieht man, dass das Kontaktelement 8 an seinem in 3 rechten Ende eine Kreisringscheibe 28 mit einem Durchgangsloch 29 aufweist. Am gleichen Ende weist das Kontaktelement 8 einen ersten konusartigen Abschnitt 41 auf. Ein zweiter konusartiger Abschnitt 42 ist mit dem Kontaktelement 8 zwischen einer helixartigen Toleranzausgleichsstruktur 38 und der Multifunktionshülse 16 ausgebildet.In the perspective representation of the 4 you can see that the contact element 8 is at its 3 right end has a circular disk 28 with a through hole 29. At the same end, the contact element 8 has a first conical section 41. A second conical section 42 is formed with the contact element 8 between a helical tolerance compensation structure 38 and the multifunctional sleeve 16.

In den 4 und 5 ist veranschaulicht, wie sich das Kontaktelement 8 im Bereich der helixartigen Toleranzausgleichsstruktur 38 bei der Montage verformen kann, wenn eine Belastung auf das Kontaktelement 8 mit der Toleranzausgleichsstruktur 38 wirkt. Eine derartige Belastung tritt zum Beispiel dann auf, wenn Toleranzen entlang einer Längsachse 36 oder auch Schiefstellungen des Anschlussstücks 30 ausgeglichen werden müssen. Derartige Toleranzen sind je nach Art der Fertigung nicht oder nur mit einem erhöhten Kostenaufwand zu vermeiden.In the 4 and 5 It illustrates how the contact element 8 can deform in the area of the helical tolerance compensation structure 38 during assembly when a load acts on the contact element 8 with the tolerance compensation structure 38. Such a load occurs, for example, when tolerances along a longitudinal axis 36 or misalignments of the connecting piece 30 must be compensated. Depending on the type of production, such tolerances cannot be avoided or can only be avoided at increased cost.

In 3 ist die Ansicht der dort an sich nicht sichtbaren Längsachse 36 nur zur Veranschaulichung dargestellt. Das Kontaktelement 8 mit seiner Längsachse 36 ist, wie man in 3 sieht, senkrecht zur Längserstreckung der Stromschiene 26 angeordnet.In 3 The view of the longitudinal axis 36, which is not visible there, is shown only for illustration purposes. The contact element 8 with its longitudinal axis 36 is, as can be seen in 3 sees, arranged perpendicular to the longitudinal extent of the busbar 26.

In 1 sieht man, dass das Kontaktelement 8 an seinem in 1 rechten Ende mit Hilfe einer Schraube 31 an dem Anschlussstück 30 befestigt ist. Ein Schraubenkopf der Schraube 31 ist im Inneren der Toleranzausgleichsstruktur 38 angeordnet. Ein Schraubenschaft der Schraube 31 ist in ein entsprechendes Gewindesackloch in dem Anschlussstück 30 eingeschraubt. So wird auf einfache Art und Weise eine stabile und elektrisch leitende dauerhafte Verbindung zwischen dem Kontaktelement 8 und dem Anschlussstück 30 sichergestellt.In 1 you can see that the contact element 8 is at its 1 right end is fastened to the connecting piece 30 by means of a screw 31. A screw head of the screw 31 is arranged inside the tolerance compensation structure 38. A screw shaft of the screw 31 is screwed into a corresponding threaded blind hole in the connecting piece 30. This ensures a stable and electrically conductive permanent connection between the contact element 8 and the connecting piece 30 in a simple manner.

Die helixartige Toleranzausgleichsstruktur 38 des Kontaktelements 8 ist innerhalb eines Stützzylinders 40 angeordnet. Zwischen dem Stützzylinder 40 und der Toleranzausgleichsstruktur 38 ist ausreichend Spiel vorhanden, um Bewegungen und/oder Gestaltänderungen des Kontaktelements 8 im Bereich der Toleranzausgleichsstruktur 38 zu ermöglichen. Eine derartige Gestaltänderung ergibt sich zum Beispiel aus einer Zusammenschau der 4 und 5.The helical tolerance compensation structure 38 of the contact element 8 is arranged within a support cylinder 40. There is sufficient play between the support cylinder 40 and the tolerance compensation structure 38 to allow movements and/or changes in the shape of the contact element 8 in the area of the tolerance compensation structure 38. Such a change in shape results, for example, from a synopsis of the 4 and 5 .

Zur Abdichtung der Hochvoltschnittstelle 10 sind eine Stopfendichtung 18, eine Innendichtung 21 und eine Außendichtung 22 vorgesehen. Die Stopfendichtung 18 ist mit Hilfe eines Stopfens einer Kombistopfeneinheit 23 in einen Aufnahmeraum 17 hineingedrückt, der zu diesem Zweck in der Multifunktionshülse 16 vorgesehen ist. Der Stopfen der Kombistopfeneinheit 23 dient insbesondere dazu, die Stopfendichtung 18 so in dem Aufnahmeraum 17 der Multifunktionshülse 16 zu stützen, dass die Stopfendichtung 18 nicht unerwünscht verformt wird.A plug seal 18, an inner seal 21, and an outer seal 22 are provided to seal the high-voltage interface 10. The plug seal 18 is pressed into a receiving space 17 provided for this purpose in the multifunctional sleeve 16 with the aid of a plug of a combination plug unit 23. The plug of the combination plug unit 23 serves, in particular, to support the plug seal 18 in the receiving space 17 of the multifunctional sleeve 16 in such a way that the plug seal 18 is not undesirably deformed.

Radial außen weist die Multifunktionshülse 16 einen Tragabschnitt 19 auf, auf dem die Innendichtung 21 angeordnet ist. Die Innendichtung 21 ist als innere Einzeldichtung ausgeführt und in einem Ringraum angeordnet, der radial innen von der Multifunktionshülse 16 begrenzt wird. Radial außen und in beiden axialen Richtungen wird dieser Ringraum von der elektrischen Kontaktiereinheit 14 begrenzt.Radially outward, the multifunctional sleeve 16 has a support section 19 on which the inner seal 21 is arranged. The inner seal 21 is designed as an internal single seal and arranged in an annular space that is bounded radially inward by the multifunctional sleeve 16. Radially outward and in both axial directions, this annular space is bounded by the electrical contact unit 14.

Radial außerhalb der Innendichtung 21 ist die Außendichtung 22 angeordnet. Die Außendichtung 22 ist als äußere Sammeldichtung ausgeführt und in einem Ringraum angeordnet, der radial innen von der elektrischen Kontaktiereinheit 14 und radial außen von dem Gehäusekörper 11 begrenzt wird.The outer seal 22 is arranged radially outside the inner seal 21. The outer seal 22 is designed as an external collective seal and is arranged in an annular space which is radially inwardly bounded by the electrical contact unit 14 and is limited radially outwardly by the housing body 11.

Die konusartigen Abschnitte 41 und 42 ermöglichen ein beschädigungsfreies Montieren der Innendichtung 21 auf die Multifunktionshülse 16. Ein dritter konusartiger Abschnitt 43 ermöglicht eine beschädigungsfreie Montage der Stopfendichtung 18 mit der Kombistopfeneinheit 23.The conical sections 41 and 42 enable damage-free mounting of the inner seal 21 onto the multifunctional sleeve 16. A third conical section 43 enables damage-free mounting of the plug seal 18 with the combination plug unit 23.

Ein Dichtungsabsatz 27 in dem Gehäusekörper 11 sorgt dafür, dass die Außendichtung 22 ihre gewünschte Position beibehält.A sealing shoulder 27 in the housing body 11 ensures that the outer seal 22 maintains its desired position.

In den 6 und 7 sieht man, wie die als äußere Sammeldichtung ausgeführte Außendichtung 22 zusammen mit den drei Kontaktelementen 7, 8, 9 und einer Sensoranschlussstelle 48 an der elektrischen Kontaktiereinheit 14 angebracht sind. Die elektrische Kontaktiereinheit 14 wiederum ist an der Temperierhülse 24 befestigt. Darüber hinaus sind Anschraubstellen vorgesehen, an denen die elektrische Kontaktiereinheit 14 am Gehäuse 2 befestigt wird.In the 6 and 7 1 shows how the outer seal 22, designed as an outer collective seal, together with the three contact elements 7, 8, 9 and a sensor connection point 48, are attached to the electrical contact unit 14. The electrical contact unit 14, in turn, is attached to the temperature control sleeve 24. Furthermore, screw points are provided at which the electrical contact unit 14 is attached to the housing 2.

In 8 ist eine Anschlusseinheit 50 mit insgesamt drei Stützzylindern 40 für die drei Kontaktelemente perspektivisch dargestellt.In 8 a connection unit 50 with a total of three support cylinders 40 for the three contact elements is shown in perspective.

In 9 ist die mit der Kombistopfeneinheit 23 kombinierte Stopfendichtung 18 perspektivisch dargestellt. Die kombinierte Stopfendichtung 18 umfasst für jedes Kontaktelement eine eigene Stopfendichtung.In 9 The plug seal 18 combined with the combination plug unit 23 is shown in perspective. The combined plug seal 18 comprises a separate plug seal for each contact element.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2019 207 438 A1 [0002]
EP 3 641 068 B1 [0002]

Claims

High-voltage interface (10) for forming an electrical connection between a stator (25) with a stator-side busbar (26) and a housing-side connecting piece (30) of a high-voltage electronics unit (35), with the aid of a contact element (8), characterized in that the contact element (8) has a helical tolerance compensation structure (38) which is designed and arranged in such a way that not only tolerances along a longitudinal axis (36) of the contact element (8) can be compensated, but also misalignments of the connecting piece (30) relative to the contact element (8).

High-voltage interface according to Claim 1 , characterized in that the helical tolerance compensation structure (38) is formed from an elastically deformable material.

High-voltage interface according to one of the preceding claims, characterized in that the tolerance compensation structure (38) is formed from an electrically conductive sheet material which has a helical shape.

High-voltage interface according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (8) with the tolerance compensation structure (38) has the shape of a right circular cylinder.

High-voltage interface according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (8) with the tolerance compensation structure (38) has the shape of a circular ring disc (28) with a through hole (29) at an end facing the connection piece (30).

High-voltage interface according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (8) with the tolerance compensation structure (38) is electrically conductively connected to the busbar (26) by a multifunctional sleeve (16) at an end facing away from the connecting piece (30).

High-voltage interface according to Claim 6 , characterized in that the multifunctional sleeve (16) has an axial support section (19) for an inner seal (21), wherein the support section (19) for the inner seal (21) has a larger outer diameter than the tolerance compensation structure (38).

High-voltage interface according to Claim 6 or 7 , characterized in that the multifunctional sleeve (16) has a receiving space (17) for a plug seal (18) at its end facing the busbar (26).

Contact element (7,8,9) for a high-voltage interface (10) according to one of the preceding claims.

Method for producing a contact element (7,8,9) for a high-voltage interface (10) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the helical tolerance compensation structure (38) is incorporated into the contact element (7,8,9) by laser machining, water jet machining or mechanical machining.