Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Inverters, wobei mindestens eine Filterbaugruppe und eine Baugruppe für Zwischenkreiskondensatoren in einem Invertergehäuse auf Stromschienen verbaut werden, wobei die die Anordnung der einzelnen Komponenten der Filterbaugruppe und der Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren optimiert, zueinander erfolgt.

Die Erfindung betrifft auch einen nach dem Verfahren hergestellten Inverter.

Stand der Technik

Wechselrichter für Antriebsmotoren stellen in Elektrofahrzeugen eine Schlüsselkomponente der Funktionalität und Sicherheit dar. Der Wechselrichter - auch Inverter genannt - versorgt die elektrischen Motoren mit Drehstrom und sorgt dafür, dass diese auf das richtige Drehmoment und die richtige Drehzahl eingestellt werden. Beim Bremsen und „Segeln“ wirkt die elektrische Maschine als Generator, wobei die daraus resultierende Leistung sich durch den Wechselrichter beim regenerativen Bremsen in die Batterie zurückspeisen lässt.

Bekannte Inverter bestehen aus großen Baugruppen die Leistungsmodule und Zwischenkreiskondensatoren sowie eine Filtereinheit usw. umfassen. Beim Aufbau der Inverter in einem Inverter-Gehäuse werden häufig vorkonfektionierte Baugruppen verwendet.

Oft sind die Inverter so aufgebaut, dass der Zwischenkreiskondensator und die EMC (electromagnetic compability) Filtereinheit als zwei separate Baugruppen betrachtet und als solche an der Montagelinie im Invertergehäuse miteinander und zu den umliegenden Komponenten verbunden werden. Die Baugruppe des Zwischenkreiskondensators besteht aus in einem Kunststoffgehäuse vergossenen Kondensatoren, welche an Stromschienen kontaktiert sind. Jeweils die beiden Enden der Stromschienen werden aus dem Verguss herausgeführt und mit Stromschienen in Richtung auf die Baugruppe der Leistungsmodule sowie in Richtung auf die Baugruppe der Filtereinheit durch Schweißen verbunden.

Die Baugruppe der Filtereinheit wird nicht vergossen, jedoch werden die Teilkomponenten wie z.B. der Ferritkern zur Positionierung in eine Kunststoffträgerschale geklebt.

Die Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren ist ein Zulieferteil, so dass das Design der Stromschienen nicht beeinflussbar ist und übernommen werden muss. Damit ist die Anbindung der Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren an die weiteren Baugruppen nicht leicht.

So müssen aufwändige Konstruktionen am Übergang zur Filtereinheit realisiert werden, da die Stromschienen eben nur an vom Lieferanten definierten Positionen aus dem Vergussgehäuse herausragen.

Eine vorkonfektionierte Baugruppe des Zwischenkreiskondensators wird über eine Zwischenschicht zum Invertergehäuse kontaktiert. Das bedeutet für die Baugruppe des Zwischenkreiskondensators, also für die Kondensatoren als auch für die Stromschienen, dass diese über mehrere Schichten von Polymeren thermisch an das Invertergehäuse angebunden sind und somit nicht ideal gekühlt werden können.

Für die Baugruppe der Filtereinheit ist die Kühlung ebenfalls nicht optimal. Die Stromschienen im Bereich der Baugruppe der Filtereinheit sind nicht thermisch an das Invertergehäuse gebunden und müssen daher mit einem großen Querschnitt ausgeführt werden, um lokal keine zu hohen Temperaturen zu generieren. DE 10 2021 110 983 A1 zeigt eine EMV-Filtervorrichtung für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, mit einer elektrischen Leiterstruktur, zumindest einer mit der Leiterstruktur gekoppelten Kapazität und zumindest einer mit der Leiterstruktur zusammenwirkenden Induktivität, wobei die Leiterstruktur zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten aufweist. Über eine elastische, wärmeleitende Klebeschicht oder Vergussschicht ist die Filterbaugruppe am Gehäuse angebracht. In der Filterbaugruppe sind Induktivitäten an Kernen verbaut.

DE 11 2021 001 363 T5 zeigt eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die sowohl eine Verkleinerung als auch eine Verbesserung des Kühlwirkungsgrads, um eine verbesserte Zuverlässigkeit aufzuweisen, erreicht. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält eine Leistungsumsetzungsschaltungseinheit, die Gleichstromleistung in Wechselstrom leistung umsetzt, einen Strömungswegaufnahmekörper, um ein Kältemittel zum Kühlen der Leistungsumsetzungsschaltungseinheit strömen zu lassen, eine Filterschaltungseinheit, die elektrisches Rauschen von einem Draht zum Senden der Gleichstromleistung unterdrückt, und einen Filtergehäuseabschnitt, der die Filterschaltungseinheit aufnimmt, wobei der Filtergehäuseabschnitt mit dem Strömungswegaufnahmekörper einteilig gebildet ist und eine Lücke zwischen dem Filtergehäuseabschnitt und der Filterschaltungseinheit mit einem ersten Harz gefüllt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für einen verbesserten Aufbau der Baugruppen für eine bessere Kühlung vorzuschlagen.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Inverters, wobei mindestens eine Filterbaugruppe und eine Baugruppe für Zwischenkreiskondensatoren in einem Invertergehäuse auf Stromschienen verbaut werden, wobei die Anordnung der einzelnen Komponenten der Filterbaugruppe und der Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren optimiert zueinander erfolgt, und wobei die Filterbaugruppe und die Baugruppe für Zwischenkreiskondensatoren gemeinsam im Invertergehäuse oder einem Teilgehäuse im Invertergehäuse mit einer Vergussmasse befestigt und thermisch angebunden werden.

Die gemeinsame Betrachtung der Baugruppen des Zwischenkreiskondensators und der Filtereinheit ermöglicht es, vor allem die Stromschienen flexibler und materialsparender zu gestalten. Unnötige Umlenkungen, gefordert durch bestehende lieferseitige Vergussgehäuse, entfallen. Die diskreten Zwischenkreiskondensatoren können durch ihre variable Anzahl und Positionierung als Gleichteil für weitere Produkte ausgewählt werden.

Der Füllstand der Vergussmasse wird so gewählt, dass im Innenquerschnitt des Ferritkerns ein Luftspalt oberhalb des Füllstand freigelassen wird, um die Funktion nicht zu beeinträchtigen.

Beim Vergießen der Vergussmasse wird das Invertergehäuse in einem Bereich gefüllt, in dem es zwei Niveaus des Gehäusebodens aufweist. Die beiden Niveaus erlauben es den Füllstand an die Notwendigkeiten der Zwischenkreiskondensatoren und des Ferritkerns anzupassen.

Wenn Zwischenkreiskondensatoren mit eigenem Gehäuse verwendet werden, so werden sie oberhalb der Stromschienen angebunden und nur im Bereich der Verbindungen zu den Stromschienen bis zum Füllstand vergossen.

Wenn Zwischenkreiskondensatoren ohne eigenes Gehäuse verwendet werden, so werden sie unterhalb der Stromschienen angebunden werden und bis zum Füllstand komplett mit vergossen.

Die Zwischenkreiskondensatoren werden, bereits in einem Gehäuse vergossen oder auch ohne Gehäuse geliefert, an die Stromschienen kontaktiert, wobei der umhüllende Kunststoff en den Verbindungsstellen neben der thermischen Funktion hier besonders auch eine mechanische Fixierung bedeutet. Vergussmassen sind für elektrisch angetriebene Fahrzeuge in vielerlei Hinsicht vorteilhaft. Beim Auftreten von Wärmespitzen verbessern sie die Ableitung der Wärme und somit die thermische Beständigkeit der Baugruppe. Darüber hinaus bieten Sie einen Schutz vor Chemikalien und geben eine zusätzliche mechanische Stabilität.

Aufgrund der Ummantelung der Komponenten zu einer gemeinsamen DC Baugruppe gilt für alle elektrischen und elektronischen Komponenten, dass sie besser gekühlt werden. Das bedeutet vor allem für die Stromschienen im Bereich der Filtereinheit, dass sie mit einem kleineren Querschnitt ausgeführt werden können. Dadurch kann wiederum der Ferritkern angepasst und verkleinert werden. Durch das Vergießen des DC Moduls direkt in das Invertergehäuse können einige bisher notwendigen Bauteile entfallen, z.B. Vergussgehäuse und Abstandhalter beim Zwischenkreiskondensator, Kunststoffträgerschale mit Kleber bei der Filtereinheit. Durch den direkten thermischen Kontakt der Bauteile über das Vergussmaterial an das Invertergehäuse wird der thermische Pfad verkürzt, was sich vor allem auf die Kondensatoren und die Stromschienen im Bereich der Kondensatoren auswirkt.

Die Aufgabe wird auch mit einem Inverter, hergestellt nach dem Verfahren, gelöst. Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine teilweise Aufsicht auf einen Inverter,

Figur 2 eine erste Ausführungsform gezeigt einem Schnittbild, Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf Baugruppen eines Inverters 1 in einem Invertergehäuse 2. Über eine DC- Anbindung 9 ist der Inverter 1 mit einer Gleichstromguelle, der nicht dargestellten Batterie, verbunden. Die DC-Anbindung 9 ist mit Stromschienen 4 verbunden, die eingangsseitig von einem Ferritkern 3 ummantelt sind. DC- Anbindung 9, Stromschienen 4 und Ferritkern 3 bilden wichtige Bestandteile einer Filterbaugruppe 10.

Im weiteren Verlauf sind die Stromschienen 4 mit der Baugruppe der Zwischenkondensatoren 11 verbunden. Als weitere Baugruppe ist die Baugruppe der Leistungselektronik 12 angedeutet.

Die Figuren 2 und 3 zeigen in einem Schnitt senkrecht zu der Aufsicht der Figur 1 die beiden Baugruppen, die Filterbaugruppe 10 sowie die Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren 11 .

Im gemeinsamen Invertergehäuse 2 ist die Filterbaugruppe 10 verbaut, wobei eine EMV- Schutzwand 7 den Ferritkern 3 umschließt. Die Stromschienen 4 verlaufen im Ferritkern 3 senkrecht zur Bildebene und münden Stromschienen unterhalb der Zwischenkreiskondensatoren 5. Über Kontaktstellen 6 sind die Zwischenkreiskondensatoren an die Stromschienen elektrisch angebunden.

In den beiden Figuren 2 und 3 besteht der Unterschied darin, dass in Figur 2 die Zwischenkreiskondensatoren 5 oberhalb der Stromschienen 4 angeordnet sind, während sie in der Ausführungsform der Figur 3 unterhalb der Stromschienen 4 verbaut werden.

Die Elektronikkomponenten aus der Baugruppe der Zwischenkreiskondensator 11 und der Filterbaugruppe 10 werden als einzelne Komponenten im Invertergehäuse 2 montiert. Die Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren 11 ist aus diskreten Kondensatoren 5 aufgebaut, welche je nach Verfügbarkeit bereits je in einem Gehäuse vergossen sind oder auch ohne Gehäuse eingesetzt werden. Die einzelnen Kondensatoren 5 werden an die Stromschienen 4 angebunden, die parallel geführt und mit einer dazwischenliegenden, dünnen Isolationsschicht 4a ausgeführt sind.

Nachdem alle Komponenten der Baugruppen Filterbaugruppe 10 und Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren 11 im Gehäuse befestigt und elektrisch verbunden sind, werden die Komponenten direkt im Invertergehäuse 2 mittels einer wärmeleitfähigen Kunststoff masse vergossen und an das Invertergehäuse 2 thermisch und mechanisch angebunden. Der Vergussprozess erfolgt beispielsweise mittels eines unter niedrigem Druck und niedriger Temperatur ablaufenden Vergussprozesses.

Die eingesetzten Komponenten müssen an den jeweiligen Vergussprozess angepasst sein. Weitere vorteilhafte Anpassungen erfolgen in der Dimensionierung der Bauteile. So wird der Querschnitt der Stromschienen um die Hälfte reduziert und dementsprechend auch der Ferritkern kleiner ausgelegt.

An der Position des Ferritkerns 3 muss eine maximale Füllhöhe 8 der Vergussmasse eingehalten werden. Der freie Innenquerschnitt 3a des Ferritkerns darf dabei nicht vollständig ausgefüllt werden und ein Spalt 3b muss vorgehalten werden.

Somit muss, je nach Verfügbarkeit der Kondensatoren 5 mit oder ohne Gehäuse, der aus Prozesssicht gesehene Gehäuseboden 2a des Invertergehäuses 2 unterschiedliche Niveaus N1 , N2 aufweisen. Beim Verguss von Kondensatoren 5 mit eigenem Gehäuse, wie in Figur 2 dargestellt, wird nur der Bereich der Kontaktstellen 6 zu den Stromschienen 4 vergossen, das Niveau N1 der Kondensatoren 5 im Vergleich zum Niveau N2 des Ferritkerns 3 ist daher höher.

Beim Verguss von Kondensatoren 5 ohne Gehäuse, wie in der Figur 3 dargestellt, liegen diese vollständig unter dem Fü II level 8 der Vergussmasse, das vom Innenquerschnitt 3a des Ferritkerns 3 vorgegeben ist.

Die elektrisch/elektronischen Komponenten der Filtereinheit 10 und der Baugruppe der Zwischenkreiskondensatoren 11 werden als DC Modul assembliert und direkt im Invertergehäuse 2 bis zu dem definierten Füllstand 8 vergossen und somit thermisch und mechanisch kontaktiert, wodurch die Komponenten kleiner sind und der Zusammenbau mehr Flexibilität für die Anordnung und den Verlauf der Stromschienen ermöglicht. In einer alternativen Ausführungsform ist der Bereich des Invertergehäuses 2, in dem die Baugruppe Filterbaugruppe 10 und Baugruppe der Zwischenkreiskonde- satoren 11 angeordnet sind, als separates Teilgehäuse 20 ausgelegt.

Die Baugruppe wird nicht direkt ins Invertergehäuse 2 verpottet, sondern in ein separates Teilgehäuse 20, welches dann an das Invertergehäuse 2 kontaktiert wird. Das separate Teilgehäuse 20 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das beispielsweise durch ein Zwei-Komponenten-Kunststoffgehäuse realisiert wird. Hierbei ist das Teilgehäuse 20 generell aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material ausgestattet, der Bereich der Filtereinheit jedoch aus einem EMV- abschirmenden Kunststoff.

Bezugszeichen

1 Inverter

2 Invertergehäuse

2a Gehäuseboden

3 Ferritkern

3a Innenquerschnitt des Ferritkerns

3b Spalt

4 Stromschienen

5 Zwischenkreiskondensator

6 Kontaktstelle

7 EMV-Schutzwand

8 Füllstand

9 DC-Anbindung

10 Baugruppe Filtereinheit

11 Baugruppe Zwischenkondensatoren

12 Baugruppe Leistungselektronik

N1 , N2 Niveau des Gehäusebodens 2a

20 Teilgehäuse