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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromschiene zum Führen von elektrischer Energie in einem Fahrzeug und ein Verfahren zur thermischen Anbindung einer Stromschiene. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung einer Stromschiene an einer Karosserie eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Anstelle von herkömmlichen Rundleitern können Stromschienen als elektrische Leitungen in einem Fahrzeug verwendet werden. Der Vorteil einer Stromschiene gegenüber einem Kabelsystem aus Rundleitungen ist ein verminderter Platzbedarf und die Möglichkeit von flexiblen Erweiterungen und Umbauten, da Abzweigungen an der Stromschiene gesetzt werden können, während bei einem Kabelsystem aus Rundleitungen im Falle von Erweiterungen und Umbauten eine neue Rundleitung verlegt werden muss. Die Stromschienen weisen einen elektrisch leitfähigen Kern Aluminium oder Kupfer auf, der von einem elektrischen Isolationsmaterial ummantelt ist. In Fahrzeugen, beispielsweise Elektrofahrzeugen, kann eine Stromschiene verschiedene elektrische Verbraucher miteinander elektrisch verbinden, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie mit einem Starter eines Motors. Die Fahrzeugbatterie stellt die elektrische Energie, beispielsweise zum Starten eines Motors, bereit. Die elektrische Energie wird über die Stromschiene von der Fahrzeugbatterie zu dem Starter geleitet.
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Die
DE 20 2015 103 854 U1 beschreibt eine Stromschiene zur Verwendung im Bordnetz von oder als Batterieleitung in Fahrzeugen, wobei die Stromschiene aus mehreren länglichen Einzelschienen mit einem flachen Querschnitt zusammengesetzt ist, die elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind und eine erste der Einzelschienen in ihrer Längsrichtung einen geraden Verlauf aufweist Die Außenform einer zweiten der Einzelschienen wird im Wesentlichen im Rahmen eines Urformverfahrens verwendet.
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Problematisch bei der Verwendung von Stromschienen aus Aluminium ist jedoch der höhere ohmsche Widerstand des Aluminiums bei dem Leiten von elektrischer Energie in der Stromschiene und der dabei entstehenden Wärme innerhalb der Stromschiene. Diese Wärme kann zu einer Überhitzung der Stromschiene und damit gegebenenfalls zu einer Schmelzung des Isolationsmaterials führen. Zusätzlich können weitere Schäden durch die Überhitzung auftreten, sodass die Stromschiene irreparabel beschädigt und nicht mehr verwendet werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Entwärmung von Stromschienen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Stromschiene zum Führen von elektrischer Energie in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Karosserie umfasst, wobei die Stromschiene flach ausgestaltet ist und wenigstens eine elektrisch isolierte Stromschienenoberfläche aufweist, wobei die Stromschiene derart gewunden und gebogen ist, dass die wenigstens eine Stromschienenoberfläche zumindest teilweise parallel zu einem Bereich der Karosserie anordbar ist, um eine thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie zu verbessern.
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Die Stromschiene kann in dem Bereich der Hochvoltspannung oder Niedervoltspannung eingesetzt werden. Die Stromschiene kann von einem Isolationsmaterial ummantelt sein, welches die Stromschienenoberfläche elektrisch isoliert.
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Um die Stromschiene aufgrund der geführten elektrischen Ströme zu entwärmen, ist die Stromschiene an die Karosserie des Fahrzeugs thermisch anbindbar. Um ein Anordnen der Stromschienenoberfläche an den Bereich der Karosserie zu erreichen, ist es notwendig, dass die Stromschiene in eine dreidimensionale Form gebracht wird, die der Form des entsprechenden korrespondierenden Bereichs der Karosserie entspricht. Dies wird durch ein Winden und Biegen der Stromschiene korrespondierend zur Form des entsprechenden korrespondierenden Bereichs der Karosserie erreicht. Über Hilfswerkzeuge kann die Stromschiene gewunden und gebogen werden, sodass die Stromschienenoberfläche parallel zur Form des entsprechenden korrespondierenden Bereichs der Karosserie anordbar ist. Das Winden erfolgt insbesondere durch ein Tordieren an bestimmten Stellen der Stromschiene.
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Der Bereich der Karosserie, in welchem die Stromschienenoberfläche anordbar ist, sollte ausreichend groß sein, um als Wärmesenke für die Stromschiene zu dienen. Die Wärme der Stromschiene kann thermisch in den Bereich der Karosserie geleitet werden, sodass die Stromschiene unmittelbar entwärmt wird.
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Die Stromschiene kann beispielsweise an einem Unterboden oder an einem Radhaus der Fahrzeugkarosserie angeordnet werden, um dort eine thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie zu ermöglichen.
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Durch die thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie wird die Wärme der Stromschiene unmittelbar an die Karosserie abgeführt, sodass keine weitere Infrastruktur des Strompfads, wie beispielsweise eine Ladedose oder eine Schaltbox einer Fahrzeugbatterie, mit der Wärme der Stromschiene belastet wird. Zusätzliche Kühleinheiten an oder auf der Stromschiene sind bei der erfindungsgemäßen Anbindung der Stromschiene an der Karosserie nicht notwendig.
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In einer Ausführungsform ist mindestens ein thermisch leitendes Wärmeleitelement zwischen der Stromschiene und dem Bereich der Karosserie anordbar. Das thermisch leitende Wärmeleitelement kann in dem Bereich, in welchem die Stromschiene an die Karosserie anordbar ist, eingebracht werden und verbessert die thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie dadurch, dass die Wärme direkt von der Stromschiene über das thermisch leitende Wärmeleitelement auf den Bereich der Karosserie übertragen wird.
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Das thermisch leitende Wärmeleitelement besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Wärme der Stromschiene besser an die Karosserie abgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die plane Oberfläche der Stromschiene parallel zu einem möglichst planen Bereich der Karosserie angeordnet. Unter einem planen Bereich wird ein Bereich mit einer möglichst ebenen Oberfläche ohne jegliche Krümmungen verstanden. Dadurch entsteht eine möglichst große Fläche der thermischen Anbindung zwischen der planen Oberfläche der Stromschiene zum planen Bereich der Karosserie, wodurch eine bessere thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie des Fahrzeugs erreicht werden kann. Gleichzeitig dient der Bereich der Karosserie als Wärmesenke im Vergleich zur erwärmten Stromschiene, der eine schnelle und effektive Entwärmung der Stromschiene ermöglicht.
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In einer Ausführungsform ist die Stromschiene eine Doppelschiene und die Doppelschiene umfasst ein Stromschienenpaar. Doppelschiene im Sinne der Erfindung sind zumindest zwei Stromschienen die entweder parallel übereinander angeordnet sind und eine sehr ähnliche Form aufweisen, oder zwei Stromschienen die nebeneinander angeordnet sind und eine identische Form aufweisen. Die Doppelschiene kann für Hochvoltsysteme eines Fahrzeugs verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Stromschiene an mehreren Bereichen der Karosserie anordbar. Durch die Anordnung der Stromschiene an mehreren Bereichen der Karosserie kann die Stromschiene an verschiedenen Stellen entwärmt werden, wodurch die Stromschiene in ihrer gesamten Länge gleichmäßig entwärmt werden kann. Die Stromschiene kann beispielsweise an mehreren kleineren Bereichen der Karosserie thermisch angebunden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das thermisch leitende Wärmeleitelement ein Gap-Filler oder ein Wärmeleitpad. Gap-Filler und Wärmeleitpads bestehen insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Gel mit einem Silikon-Elastomer, das mit wärmeleitfähigen Partikeln angereichert ist. Die Silikon-Elastomere weisen ein geringes Kompressionsmodul auf und passen sich an die Konturen der Kontaktflächen der Stromschiene und des Bereichs der Karosserie als Wärmesenke an. Beispielsweise sind eine Vielzahl von Wärmeleitpads zwischen der Stromschiene und dem Bereich der Karosserie anordbar. Die Wärmeleitpads können an die Karosserie angeschraubt oder angeklebt werden. Ebenfalls ist zum Beispiel eine Wärmeleitflüssigkeit zwischen der Stromschiene und dem Bereich der Karosserie einbringbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Anordnung der Stromschiene an der Karosserie des Fahrzeugs vor, wobei die Stromschienenoberfläche zumindest teilweise parallel zu dem Bereich der Karosserie angeordnet ist. Die Stromschiene ist derart gewunden und gebogen, sodass die Stromschienenoberfläche parallel zu dem Bereich angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Stromschienenoberfläche an einem möglichst planen Bereich der Karosserie angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das thermisch leitende Wärmeleitelement ein Befestigungselement und das Befestigungselement ist eingerichtet, die Stromschiene an der Karosserie zu halten. Beispielsweise kann die Stromschiene an die Karosserie des Fahrzeugs angeschraubt werden. Das Befestigungselement kann ein Rasthakensystem sein, wobei der Rasthaken an der Karosserie befestigt werden kann. Ein dazu korrespondierendes Element des Rasthakensystems kann an der Stromschiene befestigt werden. Durch Einclipsen der Stromschiene an der Karosserie an den dafür vorgesehenen Rasthaken kann die Stromschiene an der Karosserie befestigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Befestigungselement an die Stromschiene angespritzt. Beispielsweise kann das Befestigungselement über ein Spritzgießverfahren an die Stromschiene angespritzt werden. Das Isolationsmaterial kann beispielsweise einstückig mit dem Befestigungselement ausgebildet sein und einteilig mittels des Spritzgießverfahren hergestellt werden. Beispielsweise können an der Stromschiene Rasthaken angespritzt sein. An der Karosserie können dazu korrespondierende Rastelemente angebracht werden. Mittels eines Einrasten der Rastnasen in die Rasthaken kann die Stromschiene an der Karosserie befestigt werden, sodass die Stromschienenoberfläche der Stromschiene zumindest teilweise parallel zu dem Bereich der Karosserie angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Stromschienenoberfläche zumindest teilweise parallel zu dem Bereich der Karosserie angeklebt. Zum Beispiel kann auf die Stromschienenoberfläche ein Kleber aufgetragen werden. Durch ein Andrücken der Stromschiene an die Karosserie kann die Stromschiene an der Karosserie befestigt werden. Der Kleber kann eine thermische Leitfähigkeit aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Befestigungselement um einen Bereich, in dem die Stromschienenoberfläche an die Karosserie thermisch anbindbar ist, angeordnet. Es kann eine Mehrzahl von Befestigungselementen um den Bereich angeordnet werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur thermischen Anbindung einer Stromschiene an eine Karosserie eines Fahrzeugs bereit, wobei die Stromschiene flach ausgestaltet ist und wenigstens eine elektrisch isolierte Stromschienenoberfläche aufweist, umfassend ein Winden und Biegen der Stromschiene derart, dass die wenigstens eine Stromschienenoberfläche zumindest teilweise parallel zu einem Bereich der Karosserie anordbar ist und ein Anordnen der Stromschiene zumindest teilweise zu dem Bereich der Karosserie, um eine thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie zu verbessern.
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Das Winden und Biegen der Stromschiene erfolgt vorzugsweise automatisiert. Mithilfe von Maschinen und Robotern kann die Stromschiene vorab dergestalt gewunden und gebogen und an die Form des Bereichs der Karosserie angepasst werden, um sie anschließend an den Bereich oder den Bereichen der Karosserie des Fahrzeugs anordnen zu können. Die Stromschiene wird dabei derart gewunden und gebogen, dass die Oberfläche der Stromschiene an eine Form der Karosserie zumindest in dem Bereich der thermischen Anbindung angepasst ist, um den Abstand zwischen der Stromschiene und des Bereichs der Karosserie gering und somit eine thermische Anbindung der Oberfläche der Stromschiene an den Bereich der Karosserie zu ermöglichen. Während dem Winden und Biegen können an der Stromschiene Befestigungselemente angebracht werden, womit die Stromschiene an der Karosserie befestigt werden kann. Es können ebenfalls Befestigungselemente an der Karosserie angebracht werden.
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Beispielsweise können an der Karosserie oder an der Stromschienenoberfläche Wärmeleitpads angebracht werden, welche die thermische Anbindung der Stromschiene an die Karosserie verbessern.
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Anschließend kann das Anordnen der Stromschiene an die Karosserie erfolgen. Die Stromschiene sollte derart angeordnet werden, sodass die Stromschienenoberfläche zumindest teilweise parallel zu dem Bereich der Karosserie angeordnet ist, um eine möglichst große Fläche des Bereichs als Wärmesenke nutzen zu können.
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Mithilfe der Befestigungselemente kann die Stromschiene an der Karosserie befestigt werden. Die Stromschiene kann in dem Bereich der thermischen Anbindung befestigt werden. Die Stromschiene kann mittels eines Wärmeleitklebers an die Karosserie angeklebt werden. Beispielsweise kann die Stromschiene an die Karosserie auch angeschraubt oder über ein Rasthakensystem an der Karosserie befestigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Anordnen der Stromschiene ein Einfügen eines thermisch leitenden Wärmeleitelements zwischen der Stromschiene und der Karosserie. Zum Beispiel kann ein Gap-Filler zwischen der Stromschiene und der Karosserie eingebracht werden. Das Einbringen des Gap-Fillers zwischen der Stromschiene und der Karosserie kann automatisiert erfolgen. Beispielsweise kann eine vorab eingestellte Einfüllmenge des Gap-Fillers zwischen der Stromschiene und der Karosserie eingebracht werden. Als Gap-Filler eignet sich eine thermisch leitende Flüssigkeit.
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Zum Beispiel können auch Wärmeleitpads zwischen der Stromschiene und der Karosserie angeordnet werden. Die Wärmeleitpads können an der Karosserie in dem Bereich, in welchem die Stromschiene thermisch anbindbar ist, befestigt werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Frontansicht einer Anordnung einer Stromschiene an einer Karosserie eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine dreidimensionale Ansicht der Anordnung der Stromschiene an die Karosserie des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel und
- 3 eine Schnittdarstellung der Anordnung der Stromschiene an die Karosserie des Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Frontansicht einer Anordnung einer Stromschiene an einer Karosserie eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Stromschiene 200 ist direkt an der Karosserie 100 angeordnet. Die Stromschiene 200 umfasst Windungen und Biegungen. Die Stromschiene 200 ist derart gewunden und gebogen, dass sie zumindest teilweise an die Form der Karosserie 100 angepasst ist. In einem Bereich 300 der Karosserie 100 ist die Stromschiene 200 an die Karosserie 100 thermisch angebunden. In dem Bereich 300 ist die Stromschiene 200 gewunden, um die Stromschiene 200 möglichst parallel an dem Bereich 300 anzuordnen. Durch die sehr nahe parallele Anordnung der Stromschiene 200 zu der Karosserie 100 in dem Bereich 300 kann über den geringen Abstand zwischen Stromschiene 200 und der Karosserie 100 über den Abstand bereits eine Wärmeübertragung auf den Bereich 300 und damit eine Entwärmung der Stromschiene 200 bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist zwischen der Stromschiene 200 und der Karosserie 100 in dem Bereich 300 ein thermisch leitendes Wärmeleitelement (nicht in der 1 gezeigt) angeordnet und unterstützt damit die Entwärmung der Stromschiene 200 in den Bereich 300.
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Die 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Anordnung der Stromschiene 200 an die Karosserie 100 des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Die Stromschiene 200 umfasst einen Stecker 210. Der Stecker 210 kann zum elektrischen Verbinden der Stromschiene 200 mit einer elektronischen Komponente dienen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Stecker 210 ein Hochvoltstecker.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Anordnung der Stromschiene 200 an die Karosserie 100 des Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen der Stromschiene 200 und der Karosserie 100 in dem Bereich 300 ein Wärmeleitpad 400 angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel können eine Vielzahl von Wärmeleitpads 400 zwischen der Stromschiene 200 und der Karosserie 100 angeordnet sein. Das Wärmeleitpad 400 ist an der Karosserie 100 angeklebt. Um die Stromschiene 200 an der Karosserie 100 zu befestigen sind Befestigungsschrauben 500 vorgesehen. Die Befestigungsschrauben 500 sind um den Bereich 300 angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Befestigungsschrauben 500 in dem Bereich 300 angeordnet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Stromschiene 200 an die Karosserie 100 angeclipst oder angeklebt werden.
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Mithilfe des Winden und Biegens der Stromschiene 200 kann die Stromschiene 200 mit ihrer Stromschienenoberfläche derart angeordnet werden, sodass eine thermische Anbindung der Stromschiene 200 an die Karosserie 100 ermöglicht werden kann. Insbesondere kann die Stromschiene 200 dadurch an Bereichen der Karosserie 200 angeordnet werden, an welchen eine Anordnung der Stromschiene 200 an der Karosserie 200 ohne das Winden und Biegen der Stromschiene 200 aufgrund der Form und Geometrie der Karosserie nur schwer möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Karosserie
- 200
- Stromschiene
- 210
- Stecker
- 300
- Bereich der thermischen Anbindung
- 400
- Wärmeleitpad
- 500
- Befestigungsschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015103854 U1 [0003]